Les effets de l'éclairement sur la croissance de l'oeil

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Annales corrigées
Classe(s) : 1re ES - 1re L | Thème(s) : Représentation visuelle : synthèse
Type : Partie 1 | Année : 2017 | Académie : Pondichéry


Pondichéry • Avril 2017

Représentation visuelle • 8 points

Les effets de l’éclairement sur la croissance de l’œil

De récentes publications semblent indiquer que le manque d’exposition quotidienne à la lumière naturelle pourrait accroître le risque de défaut visuel chez l’enfant. On cherche à comprendre l’impact de l’exposition à la lumière naturelle sur la qualité de la vision.

document 1 Éclairement et croissance de l’œil

a. Rôles des cellules rétiniennes

sci1_1704_12_00C_01

D’après Sciences et vie no 1 173, juin 2015

b. Niveau d’éclairement et croissance de l’œil

À partir d’études épidémiologiques, Ian Morgan, chercheur à l’Université nationale d’Australie à Canberra, estime qu’une exposition d’au moins trois heures par jour à des niveaux de lumière d’au moins 10 000 lux assure une croissance normale de l’œil chez l’enfant.

D’après www.nature.com

document 2 Étude de la croissance de l’œil chez l’enfant en fonction de l’éclairement

Des chercheurs ont étudié la croissance de l’œil durant 6 mois chez deux groupes d’enfants norvégiens, âgés de 6 à 14 ans, soumis à des durées d’exposition différentes. Ils ont mesuré le diamètre antéropostérieur de l’œil (voir schéma) et ont calculé la variation de ce diamètre.

Durée d’exposition à un niveau de lumière de 10 000 lux

Inférieure à 3 h par jour

Supérieure à 3 h par jour

Variation du diamètre antéropostérieur (d) de l’œil

sci1_1704_12_00C_02

+ 0,19 mm

+ 0,12 mm

D’après un article publié dans la revue Ophtalmology

document 3 Niveaux d’éclairement

Situation

Niveau d’éclairement (en lux)

Plein soleil, à midi, au sol

100 000

À l’ombre d’un arbre, au sol

2 000 à 10 000

Pleine lune, au sol

0,25

Bureau

400 à 600

Habitation

150 à 300

Rue éclairée, au sol

20 à 50

D’après l’INRS

Expliquez comment le manque d’exposition à la lumière naturelle peut conduire, chez un enfant, à un défaut visuel que l’on nommera et décrira (schéma(s) d’optique à l’appui).

Vous développerez votre argumentation en vous appuyant sur les documents et sur vos connaissances (qui intègrent, entre autres, les connaissances acquises dans les différents champs disciplinaires).

Les clés du sujet

Interpréter la question

Il s’agit de trouver, à partir des documents, des arguments pour expliquer un défaut de vision dû à un manque d’exposition à la lumière. Faites également appel à vos connaissances sur les défauts de vision étudiés en classe, car les effets du manque de lumière sur l’œil rappellent l’origine d’un défaut bien connu qu’il faut présenter et schématiser.

Comprendre les documents

Le document 1 présente les effets en cascade de la lumière après sa pénétration dans l’œil et les étapes qui mènent à l’évolution de la longueur de l’œil. Il permet de comprendre les liens de cause à effet dans la croissance de l’œil et le rapport entre l’éclairement et la croissance de l’œil.

Le document 2 met en relation le manque d’exposition de l’œil à la lumière et l’évolution de sa longueur.

Le document 3 indique le niveau d’éclairement en lux en fonction des lieux ou situations.

Organiser la réponse

Faites attention à ne pas vous contenter d’une simple lecture de documents. Il faut mettre ces derniers en relation et exposer les particularités du défaut de vision engendré par le manque de lumière. Appuyez-vous sur un schéma clair et annoté de ce défaut lié à la longueur de l’œil.

Vous pouvez exposer la problématique à l’aide du document 2, puis expliquer le phénomène constaté à l’aide du document 1. Ensuite, il suffira de faire la correspondance avec le défaut de vision que vous connaissez, auquel vous pouvez apporter une solution dans la conclusion.

Corrigé

Corrigé

Des études récentes effectuées sur la croissance de l’œil chez l’enfant indiqueraient un lien entre l’exposition à la lumière naturelle et la longueur de l’œil. La compréhension des effets de l’éclairement et de l’exposition à la lumière sur l’œil permettront de contribuer à l’amélioration de la qualité de la vision.

Une étude menée pendant six mois chez des enfants norvégiens âgés de 6 à 14 ans montre un lien étroit entre la durée d’exposition à la lumière et la croissance du diamètre antéropostérieur de l’œil. Ces enfants ont été exposés à un niveau de lumière de 10 000 lux, ce qui correspond à l’éclairement reçu en une journée à l’ombre d’un arbre. Après mesure et calcul, les chercheurs rapportent que, pour une exposition inférieure à 3 heures par jour, le diamètre antéropostérieur augmente d’environ 0,19 mm. À l’inverse, les enfants exposés plus de 3 heures par jour à cette même lumière ne subissent qu’une augmentation de 0,12 mm dudit diamètre. Le chercheur Ian Morgan affirme qu’une exposition d’au moins 3 heures par jour à 10 000 lux suffit à assurer une croissance normale de l’œil d’un enfant. Cela permet de conclure qu’une trop courte ou trop faible exposition à la lumière causerait un allongement de l’œil chez l’enfant.

L’œil est constitué d’un ensemble cornée-cristallin jouant le rôle d’une lentille convergente. Celle-ci fait converger les rayons lumineux parallèles vers le foyer image F de cette lentille placé sur la rétine. L’image vue est nette, comme le représente le schéma 1 ci-après.

sci1_1704_12_00C_03

Schéma 1. L’œil normal

Pour un œil trop long, le foyer image ne se trouve plus sur la rétine mais en avant de celle-ci. L’image ainsi formée sur la rétine est floue : ce défaut s’appelle la myopie (schéma 2). Un manque d’exposition à la lumière conduit donc à la myopie.

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Schéma 2. L’œil trop long ou myope

L’étude de la structure de l’œil et de son fonctionnement permet d’expliquer par quel mécanisme l’éclairement agit sur la croissance de l’œil, comme le montre le document 1a.

La lumière agit par un mécanisme en cascade sur les cellules constituant les enveloppes de l’œil : elle stimule les photorécepteurs rétiniens (cônes, bâtonnets) qui transmettent des messages nerveux visuels aux autres cellules de la rétine, les neurones bipolaires, qui activent à leur tour les neurones ganglionnaires.

Cette stimulation des cellules rétiniennes mène à la production d’une substance chimique, la dopamine, qui régule le fonctionnement de gènes impliqués dans la croissance des enveloppes de l’œil, notamment de la sclérotique. Si la dopamine est produite en quantité suffisante, la croissance de l’œil est freinée, limitée et normale. En revanche, si la dopamine est produite en quantité insuffisante, la croissance de l’œil n’est pas suffisamment régulée et devient excessive.

En conclusion, un éclairement insuffisant sur une période prolongée peut conduire à une croissance antéropostérieure excessive de l’œil, ce qui se traduit sur le long terme par des défauts visuels tels que la myopie. Pour pallier ce phénomène, il faut penser à exposer les enfants à une lumière suffisante à l’extérieur (entre 2 000 et 100 000 lux), car les bureaux et habitations ne fournissent pas un niveau d’éclairement suffisant (entre 150 et 600 lux). On peut noter toutefois que des lunettes à verres divergents permettent de corriger la myopie.