Ce dossier vous présente les éléments techniques et pédagogiques de l'exposition « Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours », ainsi que les différents outils utilisés. Vous y trouverez la documentation nécessaire à la préparation de la visite.

Illusions d'optique :quand notre cerveau nous joue des tours

DOSSIER PROFESSEUR / Cycles 1, 2, 3 - Collège - Lycée

Présentation générale 3

L'animation 4

Le parcours de visite sur l'exposition 6

Ressources documentaires 10

Liens avec les programmes d'enseignement 11

Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 2

Présentation générale

Les illusions d'optique sont des illusions qui trompent le système visuel humain et entraînent

une perception déformée de la réalité.

L'exposition propose, à travers différentes observations et manipulations, de découvrir un

univers à la fois intrigant et déroutant, rempli d'astuces visuelles spécifiques permettant de

mettre en évidence les principes de fonctionnement du système visuel humain.

Exposition conçue par l'Exploradôme de Vitry-Sur-Seine et la Cité des télécoms.

Objectifs

- Comprendre le système visuel humain.

- Découvrir l'univers des illusions d'optique et leurs différentes familles.

- Comprendre pourquoi les illusions d'optique nous trompent.

Déroulement

L'exposition « Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours » se déroule en 90 min en

deux temps.

- L'animation dans l'auditorium (30 min) : découvrir ce qu'est une illusion d'optique et les grandes

familles des illusions d'optique grâce à des expériences et démonstrations.

- Le parcours de visite sur l'exposition (60 min) : explication de certains modules par le médiateur

puis découverte et manipulation des modules.

Le médiateur adapte son discours à chaque niveau.

Les élèves de cycle 1 découvrent quelques modules de l'exposition pendant 30 min.

Vous pouvez apportez votre appareil photo pour prendre en photo vos élèves sur certains modules.

Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 3

Dans vos yeux…

Après avoir traversé les différentes parties de l'œil, les rayons lumineux qui composent les

images que nous voyons vont converger sur la rétine. Là, des millions de cellules

photosensibles vont transformer les informations lumineuses en signal neuronal.

Les cônes, en vision centrale, vont coder les images fixes, nettes et colorées.

Les bâtonnets, en vision périphérique, vont coder les mouvements. Ils seront également

utilisés en vision nocturne.

… puis dans votre cerveau

Le signal neuronal sera transmis à la partie visuelle du cerveau (cortex visuel) grâce au nerf

optique.

Les perceptions visuelles utiles vont être associées et interprétées pour créer les détails de

l’image (mouvement, couleur, relief…) que vous voyez.

Une interprétation tellement performante qu’elle va parfois créer des impressions de

cohérence là où il n’y en a pas : des illusions d’optique.

L'animation

Animation dans l'auditorium pendant 30 min

Introduction :

Le médiateur propose une définition de l'illusion d'optique, présente les 3 éléments

permettant de voir et les grandes familles d'illusions.

Grâce à des expériences et des démonstrations, les élèves comprennent les rôles essentiels

joués par la lumière, les yeux et notre cerveau dans leur fonctionnement.

Illusions liées à la lumière :

Cycle 2 : mirascope

Cycle 3 : mot “illusions” à l'envers, arc-en-ciel

Collège : effet d'optique dans l'eau, mot « illusion » à l'envers

Lycée : mirage

Illusions liées à l'œil :

Présentation des différents éléments de l'œil

(avec schéma et maquette démontable de l’œil)

Cycle 2 : thaumatrope

Cycle 3 : thaumatrope, tache aveugle

Collège : grille d'Hermann, tache aveugle

Lycée : drapeau canadien, tache aveugle

Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 4

Grille d'Hermann

Tache aveugleThaumatrope

Mirascope

Drapeau canadien

Arc-en-ciel

Effet d'optique dans l'eau Mirage

Illusions liées au cerveau :

Présentation rapide du cerveau (avec schéma légendé)

Cycle 2 : l'éléphant à 4 ou 5 pattes

Cycle 3 : le trou dans la main, un œil fermé - un doigt

Collège : le trou dans la main, conflit de couleurs

Lycée : conflit de couleurs, un œil fermé - un doigt

Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 5

Éléphant à 4 ou 5 pattes

Trou dans la main Conflit de couleursUn œil fermé - un doigt

Le parcours de visite sur l'exposition

Parcours de visite sur l'exposition durant 60 min

Le médiateur présente quelques modules aux élèves. Il les invite ensuite à découvrir certains

modules par eux-mêmes et apporte des informations complémentaires par petits groupes.

L'exposition propose différents supports : panneaux d'informations, galeries d'illusions,

modules interactifs, vidéos, hologrammes, trompe-l’œil.

Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 6

QUELQUES MODULES, PAR FAMILLE D'ILLUSIONS :

(détail des modules dans le dossier « Annexe »)

Selon le professeur Richard Gregory, psychologue anglais, on peut distinguer 3 familles

d'illusions d'optique :

Les illusions d'optique « physiques » (liées à la lumière)

Les illusions d'optique « physiologiques » (liées aux yeux)

Les illusions d'optique «cognitives » (liées au cerveau)

Les illusions d'optique « physiques »

Elles regroupent des illusions "réelles" comme les ombres, les miroirs,

les arcs-en-ciel...

Exemple de module : colorez votre ombre

Expérimenter

- Allumer les spots les uns après les autres et observer les

couleurs sur la paroi.

- Allumer un spot et placer sa main devant : combien d’ombres

obtient-on ? De quelles couleurs sont-elles ?

- Refaire l’expérience en allumant deux puis trois spots.

Comprendre

Il s’agit d’une illusion physiologique.

1. La main éclairée par un spot donne une ombre noire.

2. La main éclairée par deux spots (rouge et bleu) donne deux

ombres (bleue et rouge).

La lumière du spot rouge « remplit » l’ombre créée par le spot bleu et inversement.

3. La main éclairée par les trois spots (rouge, vert et bleu) donne trois ombres colorées.

Le mélange des couleurs des spots rouge et vert « remplit » l’ombre créée par le spot bleu.

Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 7

Les illusions d'optique « physiologiques »

Elles sont les effets sur l'œil d'une stimulation spécifique. Elles

comprennent les illusions dites "résiduelles" et celles liées au

"contraste", à "l'inclinaison" et au "mouvement".

Exemple de panneau : l'oiseau vert

Expérimenter

Observer fixement l’oiseau vert pendant une trentaine de secondes.

Regarder ensuite la cage vide… Que constate-t-on ?

Comprendre

Il s’agit d’une illusion physiologique liée à la persistance rétinienne.

Lorsque l'on regarde un objet coloré, nos yeux utilisent les cônes

de la rétine : des cellules sensibles au rouge, au vert ou au bleu.

Même chose pour les ombres des spots rouge et vert. En synthèse additive, les couleurs

primaires sont le rouge, le vert et le bleu. L'addition de ces trois lumières colorées donne du

blanc. L'absence de lumière donne du noir.

Info+ : il ne faut pas confondre la synthèse additive (lumière) et la synthèse soustractive (peinture). Dans la

synthèse soustractive, le mélange des couleurs primaires – cyan, magenta, jaune – donne du noir.

Découvrez d'autres illusions d'optique « physiques » dans le dossier « Annexe ».

Disque de Newton Miroir anti-gravité

Ombre au mur

Si notre observation est insistante, deux phénomènes se produisent :

- une image persistante dite « résiduelle » se crée durant quelques instants sur notre rétine.

On parle de persistance rétinienne.

Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 8

Info+ : il est possible de reproduire cette illusion avec d'autres couleurs primaires (en lumière) et leur couleur

complémentaires.

Découvrez d'autres illusions d'optique « physiologiques » dans le dossier « Annexe ».

- les cônes sensibles à la couleur regardée (ici du vert), saturent et cessent

leur activité. Les autres types de cônes continuent de fonctionner. Nous

conservons ainsi en mémoire une image dont la couleur est un mélange de

rouge et de bleu : du magenta.

Disque de Benham

L'apparitionLe chat de Cheshire

Les illusions d'optique «cognitives »

Elles prennent en compte nos connaissances, notre mémoire... On

y retrouve les "illusions géométriques" (erreurs d'estimation, de

dimension, de direction...), les "illusions artistiques" (ambiguës et

paradoxales) et les illusions « subjectives ».

Exemple de module : la chambre d'Ames

Expérimenter

A faire à trois personnes.

- La première personne reste à l'extérieur de la chambre

d'Ames devant la fenêtre.

- Les deux autres se positionnent chacune dans un coin de

la pièce. Que voit la personne restée à la fenêtre ?

- Inverser les rôles...

Comprendre

Il s’agit d’une illusion cognitive.

Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 9

Dans cette illusion, construite en 1946 par l’ophtalmologue

Adelbert Ames, plusieurs illusions sont associées :

- la chambre semble rectangulaire… alors qu’en réalité, le sol et

les murs sont de forme trapézoïdale.

- la personne « minuscule » est, en fait, située plus loin que la

personne « géante ».

Info+ : cette technique est aussi utilisée dans le cinéma pour « faire grandir » ou « rétrécir » les acteurs,

notamment dans Le Seigneur des Anneaux, pour le peuple des Hobbits.

Notre cerveau nous « montre » cette scène comme si elle se trouvait sur un plan en 2D.

C'est comme si nous « préférions » voir des personnes « anormales » plutôt qu’une chambre

à la forme étrange.

L'ensemble des modules et des panneaux est consultable dans le dossier « Annexe ».

Découvrez d'autres illusions d'optique « cognitives » dans le dossier « Annexe ».

Mur de café

Sens dessus dessous

Escaliers impossibles

Ressources documentaires

WEB

Illusions fixes et animées : géométriques, artistiques, liées au mouvement ou à la couleur

http://illusions.5sens.fr/#

http://illusionsoptiques.wordpress.com/plan-du-site/ii-les-differents-types-dillusions/

http://www.voyagesaucoeurdelascience.fr/illusions-optique/

Anamorphoses et illusions de street art

http://illusionstreetart.wordpress.com/

Expériences en lien avec des illusions physiques (lumière)

http://phymain.unisciel.fr/

Feuille à imprimer pour des effets de moirée

http://www.tourte.org/illusions-doptiques-animees-22466.html

VIDEOS

La structure de l’œil et le phénomène de la vision

http://www.youtube.com/watch?v=fnEd9PJHBUo (1min43)

http://www.youtube.com/watch?v=uoTrhX71HTw (5min52)

Le cerveau et la perception de la réalité (reportage Arte, 15 min)

http://www.youtube.com/watch?v=h58uJKf3PsM

Explication d'une illusion d'optique liée au mouvement (Emission Allô Docteurs, 7 min18)

http://www.allodocteurs.fr/actualite-sante-le-phenomene-de-l-illusion-d-optique-5145.asp?1=1#

LIVRES

Livre-kit

Le labo des illusions d'optique, Gallimard Jeunesse, 2012

Cahier d'activités

Illusions d'optique : cahier d'activités, Editions Usborne, 2013

Revues

Science&Vie Junior : n°238, juillet 2009, sur les illusions d'optique ; n°88, juin 2011, HS spécial Illusions

Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 10

Liens avec les programmes d'enseignement

CYCLE 2

MATHÉMATIQUES : Géométrie ; Grandeurs et mesures

DÉCOUVERTE DU MONDE : Se repérer dans l'espace et le temps

MAÎTRISE DU SOCLE COMMUN : Compétence 3

CYCLE 3

MATHÉMATIQUES : Géométrie ; Grandeurs et mesures

SCIENCES EXPÉRIMENTALES ET TECHNOLOGIE : Lumières et ombres ; Fonctionnement du corps

humain

MAÎTRISE DU SOCLE COMMUN : Compétence 3 ; Compétence 4

COLLEGE

MATHÉMATIQUES : Géométrie ; Grandeurs et mesure

SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE : Organisation et fonctionnement du corps humain

PHYSIQUE - CHIMIE : Lumière (sources et propagation rectiligne ; couleurs, images, vitesse)

MAÎTRISE DU SOCLE COMMUN : Compétence 3 ; Compétence 4

LYCEE

MATHÉMATIQUES :

- Raisonner, démontrer (2ndes, 1ères et Terminales ES, L, STI2D, STD2A, STL).

- Avoir une critique vis-à-vis des résultats obtenus (1ères et Terminales ES, L, STI2D, STD2A).

- Calcul des distances et des angles (1ères et Terminales S).

- Géométrie dans l’espace (1ères et Terminales S, STI2D, STD2A).

PHYSIQUE - CHIMIE :

- Observer - couleurs et images : Comment l’œil fonctionne-t-il ? D’où vient la lumière colorée ?

Comment créer de la couleur ? (1ères et Terminales S).

- Voir des objets : analyser et réaliser des images (1ères et Terminales STD2A).

SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE, BIOTECHNOLOGIE :

- Corps humain et santé (2ndes, Terminales S et ST2S).

- Biologie des protéines et biologie cellulaire (1ères et Terminales STL).

STI2D ; STD2A ; ST2S ; STL

Illusions d'optique : quand notre cerveau nous joue des tours 11

Ce dossier a été réalisépar l'équipe de médiationde la Cité des télécomsde Pleumeur-Bodou / 2015-2016

Pour toute information pédagogique,vous pouvez joindre l'équipe de médiationau 02 96 46 68 50