Emission du 06 fevrier 2001

Illusions d'optique

Le cerveau recourt naturellement à des procédures géométriques pour lui permettre de comprendre le monde. Dans son laboratoire de l'Ecole normale supérieure, Jacques Ninio étudie ces procédures, à l'aide d'expériences visuelles. Cette recherche sur des cas limites d'interprétation d'image permet de mieux saisir le fonctionnement de notre cerveau.

Jacques Ninio : Ici, nous avons un carré rouge foncé, à l'intérieur d'un carré rouge plus clair, à l'intérieur d'un carré encore plus clair… et les sommets des carrés sont alignés selon des diagonales. Mais notre cerveau nous le fait percevoir quand nous nous éloignons. Et, à ce moment-là, nous verrons les sommets des carrés reliés par des arrêtes sombres. Alors, quand c'est le carré sombre qui est à l'intérieur, nous allons voir des arrêtes sombres, et quand c'est le carré euh clair qui est à l'intérieur, comme dans le cas des carrés bleus, les arrêtes seront brillantes. L'ombre et la lumière servent à nous faire comprendre le volume des objets comme l'ont montré les peintres du clair-obscur. Mais pourquoi, quand on met ces bordures claires à droite et en haut, voit-on l'objet en relief plutôt qu'en creux ?
Il semble que le cerveau humain fasse une hypothèse sur la direction d'où vient la lumière. C'est comme si il considérait que le soleil était presque toujours face à lui et plutôt vers la gauche. De cette manière, si un objet porte une ombre euh en bas, eh bien cela veut dire que c'est l'objet qui porte l'ombre sur le sol. Par contre, si l'ombre se trouve en haut, c'est que l'ombre est sur l'objet et, comme le soleil est devant, ça ne peut vouloir dire qu'une chose; c'est que l'objet est creux. Ici, on voit donc que les carrés, soit en élévation soit en creux. Mais la perception qu'on en a peut changer. C'est-à-dire que si vous regardez des carrés sur un des cercles et vous tournez, vous regardez un carré et ceux qui l'environnent, à un moment, on peut passer du creux à la bosse. Et puis si on revient, ce qui était en creux peut devenir en bosse, ou inversement.

Quand vous regardez le croisement de deux lignes blanches… Ce point blanc, qui est au croisement des deux lignes blanches, contient beaucoup de blanc autour. Et, en appliquant des corrections, le cerveau va mettre une tâche grise à l'intérieur de ce point blanc, pour dire "ne le prenez pas si blanc que ça", puisqu'il y a tellement de blanc autour. De cette image-là, il a fallu 150 ans environ pour arriver à une image plus moderne, qui s'appelle "la grille de Hermann scintillante". Ici faites attention de nouveau à ce qui se passe aux croisements. On a mis un peu de flou dans l'image. Alors, si vous avez un peu de chance ou de patience, vous allez voir des points blancs scintiller aux croisements des lignes grises. Ce n'est pas l'écran qui scintille, parce que nous sommes en train de voir une image qui est parfaitement fixe, mais c'est vous qui voyez de la lumière pulser à ces intersections-là. Voici la toute dernière née de la série des grilles de Hermann. Au début, quand vous regardez l'une de ces deux feuilles, vous aurez beaucoup de disques noirs, dans la moitié inférieure de la feuille, et très peu dans la moitié supérieure. En fait, il y en a autant dans les deux moitiés des feuilles. Je promène par exemple mon doigt sur la ligne 4, qui est ici, et vous allez voir les disques noirs apparaître euh un à un. Ce qui est curieux c'est que, bien qu'ils soient de taille assez grosse, ils disparaissent presque totalement. En fait, ces disques sont particuliers : vous avez un disque noir entouré d'un cercle blanc. De telle sorte que la valeur moyenne de l'intensité, c'est du gris. Alors, qu'est-ce que ce phénomène nous dit ?
Il nous dit que, on peut voir les choses soit avec un regard très détaillé, auquel cas on voit le disque noir avec son contour blanc. Ou bien, regarder ça d'une manière un peu plus approximative, et le gris du disque va se fondre dans le gris des lignes.

Ayant repéré les phénomènes illusoires, vient le moment où, pour confronter ces phénomènes aux schémas théoriques, il faut faire des mesures précises, qui sont parfois très fastidieuses. L'écran d'ordinateur va me fournir deux trapèzes qui sont l'un plus grand que l'autre, mais je vais essayer de les faire apparaître comme étant égaux, en jouant sur deux paramètres. Les grandes bases des trapèzes, que je vais essayer de rendre égales. Donc voyez, je peux modifier les valeurs relatives des grandes bases, jusqu'à ce qu'elles me paraissent à peu près égales. Et ensuite, je vais modifier les hauteurs relatives des trapèzes, jusqu'à ce que ces deux hauteurs me paraissent égales. Ayant fait ces deux mesures, l'ordinateur enregistre, et, en réalité, il est bien rare que les trapèzes soient réellement égaux. Et c'est le décalage par rapport à ma perception de l'égalité des trapèzes et, le fait que géométriquement ils soient inégaux, qui va me donner une mesure de mon erreur. Alors, nous allons accumuler des des milliers de mesures, pour avoir des statistiques fiables. Et, au passage, peuvent apparaître des phénomènes inattendus. Ici, où les deux trapèzes sont verticaux, on peut les interpréter comme des portes qui seraient parallèles. Et, une fois que cette interprétation est reçue, il devient difficile ensuite de réaliser l'égalité des trapèzes, parce que on ne sait plus si on est en train d'égaliser deux figures planes, ou si on est en train de faire l'égalité de deux figures en perspective, qui sont qui seraient vues dans l'espace. Alors dans cette configuration-là, personnellement, je ressens très fortement une interprétation où les deux côtés horizontaux des trapèzes sont vers l'avant, viennent vers moi. Et les deux côtés verticaux des trapèzes sont plaqués au fond. De telle sorte que les trapèzes ne sont plus des plans, mais ce sont des figures déformées dans l'espace, tordues. Alors ce qui est remarquable, c'est que c'est contraire à une idée simple qu'on se ferait sur la vision, qui est que l'on cherche les formes les plus simples possibles. En fait, à partir de la forme trapèze, ici, ce qui s'impose après un certain temps, c'est une forme tordue dans l'espace.

Alors plus on travaille sur les illusions et plus on les trouve naturelles; on se dit que c'est normal de voir les choses déformées. Une déformation avec laquelle nous sommes bien habitués, c'est celle de la perspective. Nous interprétons cette image comme l'image d'une charpente métallique, où toutes les poutres sont parallèles, bien que sur l'image elles apparaissent euh converger. Il y a eu une opération géométrique légitime : nous sommes passés d'un espace à trois dimensions à l'espace tel qu'il est projeté sur la plaque arrière d'un appareil photographique. Et, de la même manière, l'image que nous recevons du monde extérieur sur la rétine de l'oeil, c'est une projection à travers la pupille de l'oeil qui forme un diaphragme. Mais quand nous voulons voir les choses dans l'espace, leur donner leur réalité, retrouver euh le parallélisme des lignes qui se sont écrasées sur la rétine, eh bien nous devons appliquer les transformations inverses. C'est une des explications plausibles des illusions géométriques. C'est que nous appliquons, de manière systématique, un certain nombre de déformations sur les images, qui en général nous permettent de les redéployer dans l'espace. Mais qui, appliquées à des figures géométriques simples, qui ont été dessinées sur une feuille de papier, vont donner certaines distorsions que nous appelons des illusions.