Les illusions d’optique à la fête de la science

samedi 12 décembre 2015
par  Nathalie DAVAL

Lors de la 24e édition de la fête de la science, un atelier de l’IREM consistait à observer diverses illusions d’optique. Que ce soit au niveau de la vue ou du cerveau, ces expériences ne nous laissent jamais indifférents ! Alors... perception altérée ou réalité ?

Les illusions d’optique concernent le système visuel humain (de l’œil au cerveau). Elles sont naturelles ou créées artificiellement. Les neurosciences notamment utilisent les illusions d’optique afin d’expliquer le fonctionnement de la vision.

On peut obtenir différents types d’illusions (liste non exhaustive !) :

Voici deux illusions de chaque type. Une vérification peut-être disponible en cliquant sur le lien de vérification.

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Le street painting

Des dessins à même le sol qui donnent l’impression d’être en 3D. Ces nouveaux trompe-l’œil réalisés par des artistes de rue comme Edgar Mueller, Manfred Stader ou encore Julian Beever sont impressionnants. Le procédé utilisé, l’anamorphose, exige de voir le dessin sous un certain angle pour que l’effet 3D apparaisse et que l’image cesse d’être déformée.

La personne va-t-elle se faire dévorer par l’escargot ?

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© Julian Beever

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Cette première photo donne l’illusion d’un escargot géant montant sur un banc. Elle a été créée par Julian Beever, un artiste britannique.
Dans la réalité, il n’en n’est rien !

Vérification

L’escargot a été peint au sol et sur le banc. L’une de ses antennes est constituée par un poteau.

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La voiture va-t-elle tomber dans les abîmes de la terre ?

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© Edgar Mueller

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Un autre artiste très en vogue dans le domaine du street painting est l’allemand Edgar Mueller. Sa « hot river » nous offre le spectacle saisissant d’une rivière en feu au beau milieu des maisons.

Vous êtes curieux concernant le making of de ces magnifiques peintures ? Allez voir la vidéo de la « la crevasse »

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Les illusions de mouvement

Attention au mal de mer !

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© Akiyoshi Kitaoka

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Avec cette image des serpents du japonais Akiyoshi Kitaoka, professeur de psychologie, les disques semblent être en mouvement, alors qu’en réalité, ils sont fixes. C’est notre cerveau qui interprète mal l’image. Ce sont nos cellules photo réceptrices qui s’épuisent face à la complexité de l’image, et qui créent l’illusion d’un mouvement.

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Points noirs ou points blancs ?

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Ici, la grille nous fait croire à des points noirs qui scintillent au milieu des points blancs. Le cerveau adapte l’information concernant la luminosité d’une zone en fonction des autres zones.

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La persistance rétinienne

Fixez les quatre petits points noirs au centre de cette image pendant une vingtaine de secondes. Puis, regarder une feuille blanche ou un mur.

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La silhouette blanche sur fond noir devrait devenir noire sur un fond blanc et on à l’impression de « voir Jésus apparaître ». Pour cela, le cerveau puise dans les représentations les plus ressemblantes à l’image qu’il a en mémoire.

La rétine, située au fond de l’œil, est tapissée de cellules sensibles à la lumière colorée : les cônes. Lorsqu’une image se forme sur la rétine, elle ne disparaît pas immédiatement et reste « imprimée » environ un dixième de seconde. Cette propriété de notre vue permet de créer ces illusions particulières.

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Fixez le point rouge au centre de la photo pendant une vingtaine de seconde, puis regardez un mur blanc et clignez des yeux...

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Théoriquement, l’image apparaît, avec ses « vraies couleurs ». Magique ? Non, logique !
Lorsqu’on fixe une couleur, les cellules derrière l’oeil qui déchiffrent le code des nuances de couleurs sont activées.
Lorsque on ne regarde plus la photo, ces cellule se désactivent progressivement. Pour se faire, les couleurs non perçues sur l’original sont stimulées. La photo étant en couleurs inversées, le cerveau reconstitue les couleurs d’origine.

Tutoriel pour créer une telle illusion.

Cette photo est le négatif d’une photo originale. Si vous souhaitez faire la même chose, voici la procédure avec Gimp :
1) ouvrir votre photo en tant que calque ;
2) aller dans l’onglet « couleurs » puis « inverser » ;
3) choisir l’outil crayon avec la couleur rouge puis créer un point central.

C’est tout ! Le point n’est là que pour fixer le regard. L’image apparaissant en négatif, les couleurs inverses seront stimulées et le visage apparaîtra en couleurs réelles.

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Les illusions de contraste

Quelle case est la plus foncée : A ou B ?

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Il s’agit de l’échiquier d’Edouard H. Adelson, professeur en sciences visuelles au M.I.T.
Les cases A et B sont de la même couleur ! La luminosité, l’environnement, et la juxtaposition des couleurs ont une influence sur l’interprétation des contrastes par le cerveau qui a toujours tendance à les accentuer.
La case A apparait au milieu de cases claires tandis que la case B apparaît au milieu de cases foncées.
D’autre part, le système visuel a tendance à ignorer les changements progressifs du niveau de luminosité. Ici, les cases ont des bords nets alors que l’ombre crée des bords flous.

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Les deux petits carrés centraux sont-il de la même couleur ? Autrement dit, le carré « marron » sur la face du dessus est-il de la même couleur que la carré « orange » de la face de devant ?

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De nouveau, les carrés centraux du cube de la figure sont de la même couleur !

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Le parallélisme et la rectitude

Ces droites sont-elles parallèles ?

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Oui ! Cette illusion a été inventée par l’astrophysicien allumand Johann Karl Friedrich Zellner au 19e siècle.
Nous avons à faire à des effets d’angle : les petits segments le long des droites créent l’illusion que les droites sont plus ou moins proches.

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Ce mur est-il droit ?

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L’image fait apparaître ces droites parallèles comme des courbes.
Il s’agit d’une illusion créée à partir du mur d’un café de Bristol, en Angleterre. Richard Gregory, un neuropsychologue britannique, a remarqué un curieux effet : les lignes formées par les carreaux de ce mur semblent former des courbes.

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© Richard Gregory

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Pour créer cette illusion, les colonnes de carreaux noirs et blancs sont décalées à chaque rang pour former une ondulation. Il faut également que chaque brique soit entourée d’un mortier de teinte intermédiaire à celles des carreaux afin que l’illusion offre toue sa puissance.

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Les problèmes de grandeur

Lequel de ces deux segments est le plus long ?

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Les deux segments sont de même longueur.
Cette célèbre illusion a été créée par le psychologue allemand Franz Muller-Lyer à la fin du 19e siècle.
Notre capacité à percevoir la longueur des segments dépend de la longueur réelle du segment lui-même, mais aussi de la longueur totale de la figure.
Ici, les « ailettes » vers l’extérieur induisent une figure plus longue que lorsque ces mêmes ailettes sont orientés vers l’intérieur.

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Lequel de ces deux disques oranges est le plus grand ?

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Cette illusion, nommée l’illusion d’Hermann Ebbinghaus (psychologue allemand, 1850 - 1909), ou encore cercles de Titchener, repose sur l’éloignement et la grosseur des disques : dans la figure de gauche, le disque orange est entouré de disques plus grands et éloignés. Dans la figure de droite, les disques sont plus petits et proches.
Notre cerveau fait alors une erreur d’interprétation.

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La double vision

Que voyez-vous : une jeune femme ou une vieille dame ?

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Contrairement aux illusions précédentes, cette illusion ne vient pas d’une erreur d’interprétation de notre cerveau mais de la conception même de l’œuvre qui induit notre oeil en erreur. En effet, cette image comporte deux interprétations possibles qui s’excluent mutuellement.
Elle a été crée par William Hill en 1915 et est intitulée « Ma belle mère / Ma jeune femme ».
Cette caricature nous permet de voir une vieille dame de profil, ou une jeune femme regardant derrière.

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Mon cerveau me ment-il ?

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Vous voyez quoi : un visage de profil ? Est-ce tout ? Alors penchez la tête vers la droite... encore un peu... et là ?
Le mot « liar » qui signifie « menteur » en anglais apparait ! Cette oeuvre a été crée par Paul Agule, un artiste New Yorkais en 1987.

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Les paradoxes

Combien de pattes possède cet éléphant ?

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Réellement, l’éléphant n’a aucune pate puisqu’aucune de ces pates n’aboutissent ! Pourtant, certains voient quatre pattes alors que d’autres en voient huit.
Cette illusion d’optique fonctionne parce que les parties pleines et les parties vides ont la même largeur. Le cerveau ne fait plus la différence entre celles « qui montent » et celles « qui descendent ».

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Combien voyez-vous de cubes dans cet empilement ?

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Et si le même empilement est retourné ?

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Cette image est basée sur le cube de Necker, illusion d’optique datant de 1832 que l’on doit au cristallographe suisse Louis Albert Necker.
On peut « voir » 6 cubes dans un sens, et 7 dans l’autre. Notre cerveau voit les cubes différemment.

Vérification

Avec la première image, essayons de voir les sept cubes :

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Des lectures farfelues

Lisez le texte suivant :

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Tout est dit !
« Selon une étude de l’Université de Cambridge, l’ordre des lettres dans un mot n’a pas d’importance, la seule chose importante est que la première et la dernière lettre soient à la bonne place. Le reste peut être dans un désordre total et vous pouvez toujours lire sans problème. C’est parce que le cerveau humain ne lit pas chaque lettre elle-même, mais le mot comme un tout. »

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Encore plus difficile :

Donnez la couleur de chacun de ces mots... attention, il ne s’agit pas de lire mais de voir !

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Une partie du cerveau voit les mots (lettres) et l’autre les couleurs… ce qui crée un conflit !
Le cerveau ne peut s’empêcher de traiter tout le mot, on est donc parfois incité à lire le mot au lieu de dire sa couleur.
Selon une étude faite par John Ridley Stroop en 1935, deux théories s’affrontent :

  1. théorie de la vitesse d’analyse : les mots sont lus plus rapidement que ne sont nommées les couleurs ce qui provoque des interférences ;
  2. théorie de l’attention sélective : Il faut plus d’attention pour nommer une couleur que pour lire un mot ce qui provoque des interférence.

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