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illusion d'optique

Illusions optico-géométriques
Illusions optico-géométriques

Perception des données visuelles qui fournit des conclusions non conformes à la réalité objective en matière de forme, de distance, de dimension de couleur, d'orientation, etc.

Les illusions d'optique peuvent être considérées comme des « erreurs systématiques » concernant la perception de la forme, de la couleur, des dimensions ou du mouvement de certains objets. Les architectes grecs en tenaient compte pour donner de parfaites proportions apparentes à leurs temples. À l'époque de la Renaissance, les peintres ont découvert les lois de la perspective, et réalisé des prodiges en matière de trompe-l'œil, créant réellement l'illusion d'objets en relief. Descartes tirait argument des erreurs visuelles pour supposer que, nos sens nous abusant quelquefois de façon manifeste, il pourrait bien se faire qu'ils nous trompent en permanence. De nos jours, le phénomène des illusions d'optique, expliqué dans son principe, reste encore l'objet de nombreuses controverses.

L'œil, instrument optique

L'œil se comporte à peu près comme un appareil photographique. Il possède un diaphragme, l'iris, qui laisse entrer plus ou moins de lumière selon qu'il s'ouvre ou se ferme en partie. Derrière l'iris, une lentille déformable, appelée cristallin, permet aux images de se former exactement sur une membrane sensible : la rétine. Cette dernière est constituée d'un fin tissu de cellules spéciales – les cônes et les bâtonnets – disposées sur une zone restreinte, appelée macula ou tache jaune ; les cônes interviennent dans la perception des couleurs en lumière normale – il y a quatre espèces de cônes, réceptifs au rouge, au vert, au bleu ou au blanc. Les bâtonnets se répartissent sur toute la surface rétinienne ; ils analysent les différentes nuances de gris, et fonctionnent surtout en vision périphérique, lorsque la luminosité est peu intense.

Cônes et bâtonnets contiennent des substances chimiques photosensibles, qui se décomposent sous l'action de la lumière, en produisant de petites quantités d'énergie électrique. Ces influx nerveux sont conduits par le nerf optique jusqu'au cerveau, qui analyse l'ensemble des informations recueillies.

Les « effets primaires », illusions innées

L'œil, sitôt qu'il s'ouvre (après le sommeil, par exemple), cherche à reconnaître le monde qui l'entoure ; il se livre à une exploration attentive du champ perceptif qui lui est offert. Des illusions peuvent naître de cette activité oculaire ; appelées innées par certains psychologues, le Suisse Jean Piaget préfère leur donner le nom d'« effets primaires ». Elles apparaissent vers l'âge de cinq ou six ans pour régresser à mesure que le sujet vieillit.

Circonstances d'apparition des « effets primaires »

Ces « effets primaires » apparaissent lorsque l'œil enregistre un aperçu sommaire de points relevés au hasard ; il ne s'arrête que sur certaines parties : angles, axes de symétrie, ruptures de traits, irrégularités de construction, etc. Ces zones, perçues en détail par la tache jaune, prennent subjectivement plus d'importance que les autres : elles sont surestimées.

Quelques exemples d'« illusions primaires »

Si l'on construit deux carrés égaux à l'aide de segments de droites parallèles, horizontaux dans l'un des cas et verticaux dans l'autre, la première figure prend l'aspect d'un rectangle plus haut que large, et la seconde d'un rectangle plus large que haut. En effet, dans son travail d'exploration, l'œil est attiré par les côtés en traits non continus de chaque carré ; ceux-ci sont surestimés aux dépens des côtés exécutés en trait continu.

Les illusions perpendiculaires relèvent d'un processus analogue. Si, du milieu d'un segment de droite, on élève un segment égal et perpendiculaire au premier, les deux segments ainsi disposés ne paraissent pas égaux : le trait non partagé semble plus long que l'autre. L'illusion est particulièrement nette lorsque le segment coupé se rapproche de l'horizontale, et l'autre de la verticale.

L'illusion de Delbœuf est un peu différente : on présente au sujet deux cercles égaux, dont l'un reste libre tandis que l'autre est placé au centre d'un cercle plus grand. Subjectivement, la circonférence inscrite paraît avoir un diamètre supérieur. L'élément perturbateur est ici le grand cercle ; l'œil s'y attache, y revient toujours, et la surestimation se produit. Jean Piaget a démontré expérimentalement que l'erreur atteint son maximum lorsque les rayons des circonférences contenue et contenante sont dans un rapport égal à trois quarts.

L'illusion de Müller-Lyer est l'une des plus fréquemment mentionnées. L'effet primaire y est particulièrement puissant. Aux extrémités de deux segments de droites égaux, on trace un empennage ; pour l'un des segments, l'empennage est ouvert vers l'extérieur ; pour l'autre, il est rabattu en arrière : subjectivement, le second semble plus court. L'œil, dans son travail d'exploration, s'arrête à peine sur les segments eux-mêmes ; en revanche, les irrégularités de chaque extrémité font l'objet de toute son attention. Il y revient sans cesse, et les centre à plusieurs reprises sur sa macula. Les lignes ne sont plus jugées qu'en fonction de leurs empennages respectifs, et le cerveau décide que l'une est plus grande que l'autre, pour la seule raison qu'elle est incluse dans une figure plus vaste.

Les illusions secondaires

Si les effets primaires diminuent d'intensité avec l'âge (sans jamais disparaître totalement), les illusions dites secondaires se renforcent à mesure que le sujet vieillit. Elles résultent d'une part d'un apprentissage perceptif et, d'autre part, de l'acquisition d'un certain nombre d'automatismes visuels.

Le champ perceptif : fond et figure

Le premier de ces automatismes consiste, pour l'œil, à savoir structurer et ordonner immédiatement ses perceptions. Lorsque les conditions d'éclairement sont normales, le champ perceptif se différencie en un fond et en une figure plus ou moins complexe. Le fond ne possède pas d'organisation interne précise : il est vague et indéterminé, et semble toujours s'étendre sous la figure. Celle-ci, au contraire, est un ensemble de points, de lignes ou de couleurs apparaissant comme un tout homogène et non comme une association d'éléments disparates.

Dans certains cas, fond et figure sont réversibles. Ainsi, le cercle imaginé par le psychologue E. Rubin est divisé en huit secteurs égaux, striés alternativement dans le sens des rayons et dans le sens transversal. Le sujet qui regarde le tout perçoit tantôt une croix rayée en long sur un fond rayé transversalement, et tantôt une croix barrée en travers sur un fond strié en long. La même surface joue les deux rôles, selon qu'elle est centrée sur la tache jaune (elle est alors figure) ou selon qu'elle est perçue par les cellules périphériques de la rétine (elle devient fond).

Les « bonnes formes », des figures aisément perceptibles

Pour qu'une figure soit nettement distinguée du fond, il faut que soient remplies un certain nombre de conditions. L'ensemble des lignes doit être assez fortement structuré pour être centré immanquablement et sans hésitation sur la tache jaune. La figure, généralement close ou très légèrement ouverte, est constituée de segments continus ; elle reste assez simple, uniformément colorée, et présente souvent un centre ou un axe de symétrie. Le cercle, la spirale, l'ellipse, les droites parallèles, le triangle, le trapèze, le rectangle, le carré, le losange et tous les polygones réguliers comptent parmi les figures les mieux perceptibles. Ce sont de bonnes formes, selon l'expression des partisans de la Gestaltpsychologie (ou psychologie de la forme) tels que Wolfgang Köhler en Allemagne, et Paul Guillaume en France.

Une bonne forme peut être plus ou moins stable ; elle peut résister plus ou moins bien aux perturbations du champ perceptif. Lorsque plusieurs éléments du fond deviennent eux-mêmes de bonnes formes, la figure est modifiée ; parfois même, elle disparaît totalement aux yeux de l'observateur. Généralement, le conflit entre deux bonnes formes contradictoires se résout par un compromis. Certains traits de l'une des deux figures sont déformés, incurvés ou sous-estimés, et l'illusion d'optique est ainsi engendrée.

De l'opposition entre bonnes formes naît l'illusion

Les côtés d'un carré traversé par plusieurs cercles concentriques (ou par une spirale) semblent s'incurver vers le centre ; ceux d'un carré strié par plusieurs hyperboles s'arrondissent vers l'extérieur. En revanche, un grand nombre de petits segments de droites coupant des cercles concentriques transforment ces derniers en une illusoire mais remarquable spirale. De même, deux arcs d'ogive correctement tracés, mais barrés par un rectangle dont l'un des grands côtés passe par le sommet, paraissent ne plus se rejoindre normalement. Et un cercle, inscrit dans un ensemble de triangles équilatéraux imbriqués, se modifie et prend un aspect ovoïde.

Un groupe de lignes divergentes perturbe la plupart des bonnes formes, car il y introduit un puissant élément de dissymétrie. Ainsi, lorsqu'on observe deux segments de droites parallèles et égaux placés à l'intérieur d'un secteur angulaire, le plus proche du sommet semble le plus grand. Selon le même principe, un carré, partagé par un faisceau de droites divergentes, se transforme subjectivement en trapèze. Deux droites parallèles enserrant un point d'où partent des lignes rayonnantes paraissent se courber en s'écartant l'une de l'autre. Un groupe de parallèles, striées chacune par des segments de droites orientés différemment, perd sa structure originelle et semble devenir un réseau de droites quelconques. Les exemples sont innombrables, et il n'est pas difficile de concevoir de nouvelles illusions d'optique : il suffit pour cela de mettre en conflit deux bonnes formes de composition différente. La force de l'erreur sur le plan psychologique sera essentiellement fonction du degré d'incompatibilité des divers éléments des figures.

Les illusions spatiales

Chez l'enfant, la perception de l'espace est loin d'être innée. Jean Piaget a montré qu'elle dépend autant de l'activité motrice du sujet que de sa faculté de voir. C'est en apprenant à saisir les objets que l'enfant se fait une idée de leur taille et de leur éloignement ; c'est en se déplaçant qu'il apprend à les reconnaître sous différents angles, et dans des conditions d'éclairement variables.

Si la vision monoculaire suffit pour distinguer nettement une figure plane, l'acquisition des notions de profondeur et de relief nécessite le travail des deux yeux. Chacune des rétines perçoit le champ visuel sous un angle différent ; cette légère disjonction entre les deux images (appelée disparation rétinienne) est à l'origine de la perception des distances relatives. Mais de nombreux autres mécanismes physico-chimiques interviennent.

Perception du relief

L'impression visuelle du relief dépend principalement de la vision binoculaire ; chaque œil recueille une image différente de l'objet examiné ; la superposition de ces deux images crée la sensation de relief. Cette propriété est utilisée dans les jumelles stéréoscopiques, qui exagèrent le relief en écartant, à l'aide de prismes, les directions de visée des deux images. La reproduction du relief à l'aide d'images planes a fait l'objet de nombreux travaux : les stéréoscopes exigent deux photographies juxtaposées, dont chacune est ramenée, par des miroirs et des lentilles, dans l'axe de visée de l'œil correspondant. Pour percevoir le relief sur un écran, on peut projeter deux images polarisées à angle droit et les examiner à l'aide de lunettes polarisantes, permettant à chacun des yeux de n'apercevoir qu'une image. Ce procédé permet la réalisation de projections en relief et en couleurs. Les techniques de l'holographie permettent aussi de créer l'image virtuelle d'un objet tridimensionnel.

La perspective et la profondeur dans la vision

Lorsqu'on porte un jugement sur l'éloignement de plusieurs objets, on ne se fonde pas uniquement sur les indices fournis par ceux-ci ; le champ perceptif tout entier sert de cadre de référence. L'idée de perspective et de profondeur naît à la fois de la vision binoculaire et de l'aspect général du paysage offert au regard. Plus un objet s'éloigne, et plus il est perçu sous un angle réduit (les informations lumineuses qu'il transmet à l'œil sont de plus en plus sommaires ; les détails sont de moins en moins distingués). Dans le noir, il est pratiquement impossible d'estimer à quelle distance est située une surface lumineuse. La perspective n'intervient que lorsque toute une série de phénomènes modifie la vision. Ainsi, quand un élément du champ en masque partiellement un autre, il est perçu comme étant situé en avant de celui-ci ; par ailleurs, l'agencement des ombres et des lumières renseigne l'observateur sur la position relative des différents objets ; enfin, les couleurs s'estompent avec la distance, et les composantes bleues dominent dans les lointains.

Perspective et illusions

Les différentes perspectives, réelles ou supposées, sont à l'origine d'un nombre important d'illusions d'optique. Lorsque les références nécessaires font défaut ou sont incertaines (ombres, couleurs ou points de comparaison), on hésite à juger de la profondeur relative des objets et de leur relief. Il existe ainsi une quantité de dessins ambigus, que le sujet perçoit tantôt plats, et tantôt en relief. L'Allemand H. Kopfermann a montré, dès 1930, qu'il suffit pour suggérer la troisième dimension de modifier légèrement deux lignes d'une figure plane. De même, les peintures en trompe l'œil donnent une impression de profondeur grâce à un jeu habile d'ombres et de lumières. Le cube dit de Necker peut être vu de deux façons différentes, selon que l'une de ses faces est supposée être en avant ou en arrière du solide. Deux parallélogrammes accolés peuvent évoquer un livre entrouvert, vu soit de dos, soit de face. Une figure formée de losanges égaux – noirs, gris ou blancs – prend l'aspect soit d'un entassement de cubes sur un plancher, soit d'une moulure suspendue ; un dessin représentant quelques marches d'escalier peut aussi bien être perçu comme un coin de plafond orné de moulures. Dès que l'on a reconnu les deux possibilités, on peut passer d'une représentation à l'autre comme par déclic ; le changement de sens du dessin est dû à une modification de la centration rétinienne : l'élément vu par la tache jaune est toujours estimé le plus proche.

Les illusions fondées sur une déformation de la perspective ne sont pas moins nombreuses ni moins irritantes. Si, dans une photographie montrant deux rails de chemin de fer, on découpe deux rectangles égaux, le rectangle le plus voisin de l'horizon apparaît le plus grand. De même, si l'on trace trois silhouettes humaines identiques sur un croquis suggérant la perspective, la silhouette la plus proche du point de fuite semble de beaucoup la plus haute. Quant à l'exaspérant triangle de Penrose, dont les sommets ne sont pas dans un même plan, il met en conflit de façon très efficace l'idée de perspective et la bonne forme triangle. Plusieurs habiles dessinateurs ont utilisé cette illusion pour exécuter des tableaux d'inspiration fantastique ou surréaliste : l'Allemand Escher, en particulier, s'est spécialisé dans ce domaine.

Les illusions de couleurs et de mouvements

Les illusions de couleurs et de mouvements sont généralement dues à la structure même de la rétine et au fonctionnement des cellules visuelles (cônes et bâtonnets). Les substances photosensibles que contiennent ces dernières mettent un certain temps à se décomposer sous l'action de la lumière ; cette période, comprise entre l'arrivée du rayon lumineux au fond de l'œil et le départ de l'influx nerveux vers le cerveau, est appelée temps de réaction. Lorsque les éléments du champ perceptif se meuvent rapidement, les images se superposent sur la rétine, en créant une impression de changement. Le cinéma et la télévision restituent les gestes et les déplacements grâce à cette permanence des images visuelles. Mais divers phénomènes peuvent donner l'illusion du mouvement, alors même qu'il n'en existe aucun.

Si l'on regarde, dans l'obscurité, deux sources lumineuses identiques, l'une fixe et l'autre mobile, elles semblent bouger symétriquement toutes les deux. Lorsqu'elles sont fixes mais inégalement brillantes, la plus intense paraît stable, tandis que l'autre donne l'impression de se déplacer. Ces erreurs sont imputables au travail de l'œil, qui éprouve beaucoup de difficultés à centrer correctement ses perceptions dans l'obscurité. L'image des points lumineux se forme successivement en différents endroits de la rétine, et l'illusion prend naissance. Le même phénomène intervient dans certains effets stroboscopiques : deux sources lumineuses, qui s'illuminent alternativement, donnent l'impression d'un mouvement de va-et-vient.

Les effets d'irradiation, particulièrement étranges, relèvent d'un processus analogue.

Deux cercles égaux, l'un noir et l'autre blanc, contenus dans des carrés égaux respectivement blanc et noir, ne paraissent pas de la même taille. Le rond blanc semble de dimension supérieure : c'est que, dans le carré noir, l'œil a du mal à centrer l'image du cercle blanc, et l'impression de blancheur persiste sur la rétine, alors même que le regard a déjà franchi la limite de la zone obscure. L'effet inverse intervient dans l'illusion des carrés noirs : une figure formée de carrés sombres, délimitant des allées blanches, paraît s'orner de taches grises aux carrefours de ces allées. L'op'art (art optique), mouvement artistique contemporain, utilise largement les phénomènes d'irradiation. La technique consiste à établir des structures périodiques en deux couleurs, capables d'obliger l'œil à un mouvement perpétuel. Dès lors, la permanence des images rétiniennes provoque un effet de vibration : tel dessin de zèbre, par exemple, grâce au prolongement des rayures de l'animal, semble s'animer et palpiter ; et tel ensemble de courbes, savamment agencées, évoque de façon remarquable une eau courante.

Les illusions de couleurs et de mouvements sont nombreuses et faciles à obtenir, les « cœurs flottants », rouges sur fond bleu, de l'Allemand Hermann von Helmholtz, semblent se déplacer lorsqu'on agite le dessin : c'est que le temps de réaction des cônes réceptifs aux deux couleurs ne sont pas égaux. Un cercle gris, tracé moitié sur fond vert et moitié sur fond rouge, apparaît rouge du côté vert et vert du côté rouge : la permanence des impressions visuelles en est la cause. Les psychologues ont réalisé quantité d'expériences capables de provoquer de fausses perceptions chromatiques et cinétiques. Le toton dit de Fechner (composé d'un demi-cercle noir, et d'un demi-cercle blanc agrémenté de stries noires concentriques) fait naître, lorsqu'il tourne, une impression visuelle curieuse : les stries extérieures semblent rouges, alors que les stries intérieures apparaissent brunes, vertes et bleues. Jean Piaget a montré que le mouvement rotatif d'un petit carré blanc (présenté sur fond noir) donne lieu à des sensations variables : aux faibles vitesses, le carré est perçu comme tel ; puis, à mesure que la rotation s'accélère, l'œil voit successivement de grandes croix assez floues, puis une seule croix immobile, puis une croix double papillotante, et enfin une croix double immobile, située à l'intérieur d'un carré dont les angles sont arrondis.

Les illusions psychologiques

On appelle illusions psychologiques de nombreuses erreurs visuelles, provoquées par des raisonnements défectueux ou trop hâtifs.

L'émergence du sens par l'organisation du vide

Le cerveau est chargé de faire la synthèse de toutes les perceptions, de façon à leur donner une signification qui soit en rapport avec l'activité générale de l'individu ; aussi, l'habitude, la mémoire ou les émotions peuvent-elles être à l'origine de bien des déformations visuelles. L'homme placé devant un champ perceptif sans aucun sens a tendance à l'organiser en fonction de ses souvenirs ou de ses désirs ; toute perception est essentiellement subjective et personnelle. La figure dite de Bühler, sorte de surface courbe à quatre angles, est presque toujours interprétée comme un volume (voile, fer de lance, etc.). Un psychologue a essayé de projeter l'image d'un cadre vide sur un écran très faiblement éclairé, en demandant à des collègues ce qu'ils voyaient : or, presque tous remarquaient des objets usuels là où il n'y avait absolument rien.

Les sens sont sélectifs

Le cerveau non seulement organise ce qui est dépourvu de sens, mais encore refuse l'absurdité. De talentueux dessinateurs ont conçu des tableaux complètement illogiques : maisons en deux dimensions, perspectives multiples, palais supportés par des colonnades entrelacées, cascades s'alimentant elles-mêmes, etc. Devant ces représentations, l'intelligence capitule ; le cerveau « oublie » les illogismes et ne retient que les parties normales du dessin ; il divise le croquis en zones cohérentes, et refuse de considérer l'image comme un tout. Deux psychologues ont montré à soixante-quatorze enfants la photographie d'un groupe de maisons, dont l'une, retouchée, est vue en deux dimensions : seuls trois jeunes observateurs ont remarqué et signalé l'absurdité.

L'illusion dite de Poggendorff offre un bon exemple de l'interprétation des sensations à laquelle se livre le cerveau. Si l'on trace deux droites parallèles, avec une sécante à droite de la parallèle droite et une sécante à gauche de la parallèle gauche, et que ces deux sécantes ne soient pas tout à fait dans le prolongement l'une de l'autre, le cerveau imaginera néanmoins qu'il s'agit d'une seule et même ligne. Le psychologue français Éliane Vurpillot a appliqué de façon remarquable cette illusion à un dessin évocateur : où l'on croit apercevoir une perche tendue par un homme derrière une colonnade, il n'y a en réalité que deux segments de droites totalement indépendants l'un de l'autre.

Quand le vécu influence la perception

La mémoire, les habitudes, la faim, la douleur, les intérêts personnels jouent un grand rôle dans la perception ; nombre d'illusions d'optique sont dues à ces manifestations psychologiques ou corporelles. Un chercheur américain, s'adressant à un groupe de jeunes Américains et de jeunes Mexicains, leur présente une série d'images doubles très ambiguës (une femme brune et une femme blonde confondues, une corrida et un match de base-ball entremêlés, etc.) ; or, il constate que chaque sujet ne voit jamais que la scène correspondant à ses habitudes socioculturelles. D'autres expériences prouvent que les personnes affamées ne retiennent, d'une liste de mots très longue, que ceux qui concernent la nourriture ; elles n'aperçoivent même pas les autres, et sont incapables de les mentionner après coup. De même, les tabous sociaux (en particulier les interdits sexuels et religieux) provoquent un oubli systématique de plusieurs vocables au cours des expériences de lecture. Enfin, l'on a pu démontrer l'existence de certaines constances de formes et de couleurs pour tous les hommes : quelles que soient les conditions de luminosité, une tomate est toujours vue rouge, un citron jaune, une feuille d'arbre verte, et un âne gris. Quant à la figure humaine, elle est toujours perçue de façon identique, même observée à travers un pseudoscope (appareil inversant les reliefs) ; dans ce cas, le cerveau rétablit la forme habituelle du visage, bien que l'œil lui transmette celle d'un masque en creux.