Un objet est placé devant un écran blanc. Quelles sont les deux conditions nécessaires pour qu’il soit visible ?
Solution :
1. L’objet doit être éclairé par une source lumineuse
2. La lumière diffusée par l’objet doit parvenir jusqu’à l’œil de l’observateur
Exercice 2: Diffusion lumineuse
Pourquoi un objet noir mat est-il moins visible qu’un objet blanc dans les mêmes conditions d’éclairage ?
Solution :
Un objet noir mat absorbe la plupart de la lumière incidente alors qu’un objet blanc diffuse une grande partie de cette lumière. La quantité de lumière atteignant l’œil est donc bien plus faible pour l’objet noir.
Exercice 3: Luminance et visibilité
Calculer la luminance d’un objet qui diffuse 30% de la lumière reçue, éclairé par 500 lux. On donne la surface de l’objet comme 0.2 m².
Solution :
Luminance \( L = \frac{\Phi}{S \cdot \Omega} \)
Flux lumineux \( \Phi = 0.3 \times 500 \times 0.2 = 30 \, \text{lm} \)
Pour un angle solide \( \Omega \) de 1 stéradian : \( L \approx \frac{30}{0.2 \times 1} = 150 \, \text{cd/m}^2 \)
Exercice 4: Contraste et visibilité
Un texte noir (luminance 10 cd/m²) est imprimé sur du papier blanc (luminance 100 cd/m²). Calculer le contraste.
Pourquoi les objets colorés paraissent-ils gris en faible luminosité ?
Solution :
En faible luminosité, seuls les bâtonnets (sensibles à l’intensité lumineuse mais pas aux couleurs) de la rétine fonctionnent. Les cônes (détection des couleurs) ne sont plus activés, d’où une vision en nuances de gris.
Exercice 6: Champ visuel
Un objet de 10 cm est placé à 2 m d’un œil. Calculer l’angle sous-tendu par l’objet.
Un œil normal peut distinguer deux points séparés d’un angle de 1′. A quelle distance maximale peut-on voir séparés deux traits fins espacés de 1 mm ?
Solution :
1′ = 1/60° ≈ 0.00029 rad
\( L = \frac{d}{\alpha} = \frac{0.001}{0.00029} ≈ 3.45 \, \text{m} \)
Exercice 8: Influence de la lumière ambiante
Pourquoi un projecteur de cinéma est-il nécessaire pour voir une image projetée sur un écran en salle éclairée ?
Solution :
La lumière ambiante augmente la luminance de l’écran (voile lumineux) et réduit le contraste de l’image projetée. Le projecteur intense compense en augmentant fortement la luminance de l’image.
Exercice 9: Adaptation à l’obscurité
Pourquoi faut-il environ 30 minutes pour une adaptation complète à l’obscurité ?
Solution :
Ce temps correspond à :
1. La régénération complète de la rhodopsine (pigment des bâtonnets)
2. La dilatation maximale de la pupille
3. L’adaptation des circuits neuronaux de la vision
Exercice 10: Synthèse
Un panneau routier réfléchissant a une luminance de 50 cd/m² la nuit sous les phares d’une voiture.
1. Pourquoi est-il bien visible alors que sa luminance est inférieure à celle d’un mur blanc éclairé par le soleil (150 cd/m²) ?
2. Quel phénomène physique explique cette haute luminance nocturne ?
Solution :
1. La nuit, l’environnement est très sombre (faible luminance), donc le contraste est élevé malgré une luminance absolue modeste.
2. La rétroréflexion (la lumière est renvoyée principalement vers la source, ici les phares)
