2. Une histoire des théories de la vision ou comment la
2.3. Alhazen et les théories de la vision
2.3.2. La lumière comme stimulus de la vue : Alhazen et le règlement
vue.
Alhazen ne va pas se contenter de reprendre à son compte les idées de ces prédécesseurs. Dans le Kitab, il va s’attacher à construire une théorie qui, certes, en sera inspirée, mais dont les principes sont élaborés à partir d’expériences avant d’être soumis à la conceptualisation. La démarche d’Alhazen est révolutionnaire puisqu’elle substitue à l’expérience par la pensée une méthode expérimentale minutieusement décrite (matériel nécessaire, protocole,
Deuxième partie : histoire des théories de la vision
observations…)208. Chaque avancée théorique est présentée comme induite par les observations exposées. Alhazen introduit chacune de ses conclusions par une expression de type : « D’après ce que nous avons découvert par l’expérience et par induction, il est évident que… ». De même, la plupart des propositions faites avant lui sont ainsi passées au crible de l’expérience. Toutefois, les conclusions présentées par Alhazen ne peuvent pas systématiquement être construites à partir des expériences qu’il propose. Comme nous l’évoquions précédemment, le principe selon lequel la vision est le résultat de l’entrée de la lumière provenant de cet objet dans l’œil nécessite un saut conceptuel que nulle expérience ne peut susciter toute seule. La partie suivante se propose d’analyser comment Alhazen est parvenu à élaborer ce principe, principe que nous appellerons désormais « doctrine d’Alhazen ».
Analyse de la construction de la doctrine d’Alhazen
Reprenons pas à pas le cheminement d’Alhazen. Dans un premier temps, Alhazen expose les conditions qui permettent à la vue de s’exercer. Ainsi, un objet peut être vu directement s’il existe un espace ininterrompu et non opaque entre l’œil et l’objet ; si l’on peut conduire des lignes droites imaginaires depuis cet objet vers l’œil, et enfin, si de la lumière est présente à la surface de cet objet. Dans ce dernier cas, la lumière qui est sur l’objet (lumière accidentelle209) envoie dans toutes les directions une lumière secondaire accompagnée de la couleur de l’objet, ce qu’Alhazen déduit de l’expérience suivante :
Si un objet de couleur intense et brillante est placé à la lumière du Soleil près d’un autre objet parfaitement blanc placé, lui, dans une zone ombragée, alors, la couleur du premier
objet apparaîtra à la surface du second objet210.
La lumière accidentelle est créée par la lumière qui atteint l’objet depuis une source lumineuse (lumière primaire) ou depuis un autre objet éclairé211. Un objet opaque se comporte
208 Dans le Kitab, Alhazen utilise une chambre noire comme lieu d’expérimentation sur la lumière : une petite
ouverture par laquelle pénètre un petit filet de lumière est pratiquée dans la paroi d’une pièce entièrement close. C’est avec ce dispositif qu’Alhazen démontre la propagation rectiligne de la lumière ou encore la diffusion de lumière par des écrans colorés. Voir Kitab, livre 1, chap.1.
209
Dans le langage d’aujourd’hui, l’expression « lumière accidentelle » correspond à « l’impact lumineux ».
210 Alhazen, Kitab, livre 1, chap.2.
Deuxième partie : histoire des théories de la vision
donc comme une source lumineuse. On pourrait proposer une première approche schématique de la pensée d’Alhazen (Figure 24) :
Figure 24 : Schéma représentant le phénomène de diffusion selon Alhazen
Le phénomène de la diffusion vient d’être interprété pour la première fois. Pour Alhazen, la lumière d’une source lumineuse apparaît sur les corps opaques éclairés (c’est la lumière accidentelle), elle s’y fixe et donne naissance à une lumière secondaire :
Appelons lumière secondaire la lumière qui émane de la lumière accidentelle par réflexion, c’est-à-dire comme le fait la lumière qui se réfléchit depuis les surfaces lisses. Cette lumière émane des objets de la même façon que la lumière primaire ou essentielle émane des corps
lumineux par eux-mêmes212.
Il existe donc une identité de comportement entre les lumières envoyées par n’importe quel corps lumineux (lumières primaires) et celles que diffuse (renvoie) n’importe quel corps opaque non poli (lumières secondaires).
Ensuite, Alhazen propose toute une série d’expériences qui tendent à prouver que la lumière et les couleurs affectent la vue et provoquent certains effets sur l’œil213 : l’œil est blessé lorsqu’il fixe une lumière très intense, l’œil conserve pendant un certain temps la forme et la couleur d’un objet fortement éclairé, la vue est perturbée si la lumière de l’objet est trop forte
212 Ibid. p. 37-38.
Deuxième partie : histoire des théories de la vision
ou trop faible ou si une lumière intense éclaire les yeux ou le milieu intermédiaire situé entre l’œil et l’objet, etc. Et il termine par ces mots :
La forme que la vue perçoit d’un objet dépend de la lumière sur l’objet, et des lumières qui éclairent l’œil au moment de la perception et qui éclairent l’air entre l’œil et l’objet visible214.
Il faut attendre le sixième chapitre du livre 1 du Kitab, pour qu’Alhazen propose une synthèse de ces déductions et conclue que voir c’est avoir la sensation de la couleur et de la lumière qui se trouve à la surface de chaque objet. Cette sensation est provoquée par l’arrivée dans l’œil de la couleur de l’objet, accompagnée par la lumière :
La sensation que l’œil a de la couleur et de la lumière d’un objet est produite grâce à la forme qui est un mélange de lumière et de couleur, et qui arrive dans l’œil depuis la surface de l’objet215.
Le raisonnement qui conduit à cette conclusion peut être résumé comme suit : les objets éclairés émettent, dans toutes les directions, de la lumière à partir de l’impact lumineux à leur surface. Lorsque l’œil se trouve face à un objet éclairé, il est situé sur le trajet de la lumière qui part de l’objet. Et comme la propriété de la lumière est d’affecter la vue et que le propre de l’œil est d’être sensible à la lumière alors, la vue s’exerce grâce à la lumière qui, partant de l’objet, atteint l’œil.
Alhazen et le traitement quantitatif de la vision
En fait, et aussi paradoxal que cela puisse paraître, le problème de l’éblouissement semble être au fondement des théories de la vision développées par Alhazen. Pour lui, si la lumière blesse l’œil et perturbe la vue c’est qu’elle a un effet particulier sur l’œil et sur la vue :
Nous avons remarqué que lorsque l’œil fixe une lumière intense, celui-ci est blessé. De même, lorsqu’un observateur se tourne vers le Soleil, il lui est impossible de le regarder fixement car son œil est blessé par la lumière provenant du Soleil (…). Tout cela montre que la lumière a un effet sur l’œil216.
214
Alhazen, Kitab, livre 1, chap. 6.
215 Ibid. 216 Ibid.
Deuxième partie : histoire des théories de la vision
Et pour en déduire que la lumière est le stimulus de la vue, il raisonne non plus sur la lumière en tant qu’objet conceptuel, mais sur la quantité de lumière que les objets (lumineux par eux- mêmes ou par diffusion) envoient vers l’œil217 :
Les effets de la lumière sur l’œil sont de même nature que ceux de la douleur. Mais de même que certaines douleurs sont insupportables, d’autres, au contraire, lorsqu’elles sont plus faibles, ne gênent en rien l’organe qui les supporte. De telles douleurs ne sont alors pas perceptibles. Le fait qu’une lumière intense blesse les yeux est la preuve que lumière et douleur sont de même nature. Par conséquent, quels que soient ses effets, perceptibles ou non, ceux provoqués par la lumière sur l’œil sont tous de même nature et ce qui change ce n’est que le plus ou moins. Une lumière faible et modérée n’est pas ressentie comme de la
douleur, tandis qu’une forte lumière provoque de la douleur. La seule chose qui change,
c’est le plus ou le moins218.
Autrement dit, l’œil a la sensation de l’éclairement, et cette sensation est commandée par la quantité de lumière qui pénètre l’œil ; l’œil voit l’objet lorsque la quantité de lumière provenant de cet objet n’est ni trop forte, ni trop faible. C’est donc par un traitement quantitatif qu’Alhazen parvient à poser la lumière comme stimulus de la vue219.
Lorsque l’historien des sciences Roshdi Rashed analyse l’optique arabe, celle d’Alhazen en particulier, il parle de « véritable révolution » et de « profonde rupture » :
Deux siècles ont suffi pour préparer ce qui fut finalement une vraie révolution, qui marqua à jamais l’histoire de l’optique, voire plus généralement celle de la physique. C’est ce
217
Dire qu’Alhazen raisonne en termes de « quantité de lumière » relève d’un anachronisme certain dont nous
sommes parfaitement consciente. En effet, le terme « quantité » n’apparaît en réalité qu’au 12e siècle, époque à
laquelle il renvoie à la question « combien grand est… ? » (voir Dictionnaire historique de la langue française,
d’Alain Rey). Et ce n’est qu’à partir du 17e siècle que la physique (celle de Descartes en particulier) propose de
raisonner en termes de « quantité de… ». A titre d’exemple, l’expression « quantité de lumière », se trouve clairement exprimée par Descartes au discours sixième de la Dioptrique. Si nous posons que le terme « quantité » renvoie à l’idée de « plus ou moins » ou de « trop ou pas assez », alors nous admettrons que lorsque Alhazen parle de « plus ou moins de lumière », il évoque l’idée implicite d’une certaine « quantité de lumière ». Cette analyse rétrospective est certes illusoire puisqu’elle surimpose aux idées du passé un terme alors inexistant, mais sa portée didactique est telle que nous en conserverons le résultat, à savoir l’assimilation d’un raisonnement en « plus ou moins de » ou « trop ou pas assez de » ou « suffisamment de » à un raisonnement en « quantité de ».
218 Alhazen, Kitab, livre 1, chap. 6. C’est nous qui soulignons.
219
Nous avons trouvé une idée assez proche de celle développée par Alhazen dans les écrits du savant égyptien
Jean Philopon. Au 6e après J.C., Philopon reprend les théories aristotéliciennes de la lumière selon lesquelles « la
lumière est le diaphane en acte », mais il ajoute que la lumière produit certains effets sensibles. En particulier, Philopon remarque que la lumière concentrée par un miroir concave produit de la chaleur. Par ailleurs, Philopon cherche à comprendre pourquoi les objets éloignés nous apparaissent moins distinctement que lorsqu’ils sont proches. En réponse à cette question, il introduit l’idée que des objets émane de l’energeia, sorte d’entité immatérielle inscrite dans la lumière et les couleurs, et qui transporte les images des objets. Ainsi, si les objets éloignés nous semblent plus petits, c’est que l’energeia qu’ils émettent est plus faible que lorsqu’ils sont proches. Nous ne proposerons pas de traduction de cette energeia. Ce qui nous intéresse ici, c’est que cette entité peut être traitée en termes de « plus ou moins », c’est-à-dire de façon quantitative. Voir D. Park, The fire within
Deuxième partie : histoire des théories de la vision mouvement dialectique entre une solide continuité et une profonde rupture qu’il nous
appartient de décrire pour saisir la marche de l’optique arabe220.
Nous pensons pouvoir affirmer que malgré un argumentaire très expérimental, certains principes énoncés par Alhazen relèvent d’une géniale intuition et non d’une déduction empiriste. Ainsi en est-il de la doctrine selon laquelle la lumière est le stimulus de la vue. Nous l’avons déjà évoqué, cette doctrine n’est pas une évidence de sens commun. Dire que la lumière entre dans l’œil même lorsque l’on n’est pas ébloui et que c’est grâce à cela que l’on voit nécessite la réalisation d’un saut conceptuel dont Alhazen est à l’origine. L’agent médiateur de la vue, celui qui fait le lien entre l’œil et l’objet, est identifié à un corps invisible qui, dans le cas de la vision ordinaire, ne provoque pas d’effet sensible. Tout le génie d’Alhazen réside selon nous dans le fait d’avoir su créer un objet conceptuel (la lumière) qui se prête au jeu du traitement quantitatif, un objet sur lequel il est possible de parler en termes de « plus ou moins ». Si l’on s’en tient à une explication quantitative de la vision, la proposition d’Alhazen demeure suffisante et conforme aux exigences scientifiques actuelles. Nous verrons d’ailleurs que si Kepler et Descartes contestent le traitement géométrique et physiologique de la vision proposé par Alhazen, ils conservent en l’état l’idée qu’une quantité déterminée de lumière entrant dans l’œil permet de voir.
Alhazen et le traitement géométrique de la vision
Considérer la lumière comme agent médiateur de la vue permet toutes les audaces conceptuelles qu’Alhazen et ses successeurs ne manquent par d’oser. Le concept de « rayon » constitue sans doute la première de ces audaces. Dans son Discours de la lumière, Alhazen précise le sens qu’il entend en donner :
Les lignes droites suivant lesquelles la lumière se propage sont des lignes virtuelles et non réelles. Les lignes virtuelles et la lumière qui se propage suivant ces lignes forment
ensemble ce que l’on appelle rayon221.
Affirmer que la vision se fait par l’intermédiaire d’un agent extérieur (la lumière) venant de l’objet vers l’œil, signifie que l’on considère l’objet comme une source lumineuse (qu’il soit lui-même lumineux ou éclairé par une autre source). A partir d’un point, cette lumière se
220 Rashed R. L’optique géométrique, Histoire des sciences arabes, op. cit. 293-318.
Deuxième partie : histoire des théories de la vision
propage de façon rectiligne, dans toutes les directions222. Il en est donc de même pour la lumière secondaire, issue des objets opaques éclairés.
Alhazen oriente son raisonnement vers une analyse infinitésimale, c’est sa deuxième audace conceptuelle : un objet éclairé est décomposé en éléments punctiformes, c’est-à-dire en un ensemble de points sans dimension. Chaque point de l’objet éclairé envoie un ensemble de rayons qui constituent un faisceau.
Après ces remarquables avancées conceptuelles, il peut proposer un modèle géométrique pour la vision tout à fait prometteur. La lumière, quand elle se heurte à l’obstacle d’un corps opaque, donne naissance à une lumière secondaire, qui extrait de chacun des points de l’objet des formes lumineuses et colorées. Celles-ci sont transportées via le trajet des rayons jusqu’à l’œil et s’impriment en bon ordre dans le cristallin :
Nous disons donc que lorsque l’œil fixe un objet visible, alors la surface de l’œil reçoit de la part de chaque point de cet objet la forme de la couleur et la forme de la lumière qui se trouvent en chacun de ces points (…). Et si à un point de la surface de l’œil correspond un point de la surface de l’objet alors chaque partie de l’objet sera ordonnée dans l’œil et ainsi, l’objet sera vu distinctement223.
La surface d’un objet est considérée par Alhazen comme un agrégat de points dont chacun possède les propriétés (colorées et lumineuses) d’une toute petite partie de la surface de l’objet. En outre, à chacun des points de l’objet correspondra un point dans l’œil de l’observateur, isomorphe du précédent, par l’intermédiaire d’un rayon unique. Enfin, la partie proprement sensorielle de l’œil est le cristallin et non la rétine, dont le rôle ne sera établi par Kepler que six siècles plus tard :
L’œil peut percevoir l’objet visible uniquement si à chacun des points de l’objet correspond un point à la surface du cristallin224.
Pour Alhazen, la vision résulte d’une correspondance point par point : à chaque point de l’objet visible correspond un point dans le cristallin. Or pour obtenir cette correspondance point par point, Alhazen ne conserve qu’un unique rayon parmi tous ceux qui constituent le faisceau de rayons issu de chacun des points de l’objet. La discrimination opérée par Alhazen
222
Alhazen, Kitab, livre 1, chap. 1.
223 Ibid. chap. 6. 224 Ibid.
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à la surface du cristallin entre les rayons n’est pas de nature physique, en ce sens qu’elle ne résulte pas des lois de propagation de la lumière, qu’Alhazen connaît pourtant fort bien. Il l’attribue à une propriété sensorielle spécifique du cristallin, qui est de n’être sensible qu’aux rayons qui le frappent à la perpendiculaire et qui reçoit dans sa profondeur les formes lumineuses et colorées que ceux-ci véhiculent :
La vision ne se produit que lorsque qu’une forme atteint l’œil. Mais pour qu’il en soit ainsi, parmi tous les points qui atteignent la surface de l’œil à partir d’un point à la surface de l’objet, un seul doit être distingué. De même, parmi toutes les lignes issues d’un unique point de l’objet qui frappent la surface de l’œil, une seule doit être distinguée. Et c’est le long de cette ligne uniquement que la forme d’un point de l’objet pénètrera dans le cristallin
(…). Cette ligne est celle qui frappe la surface de l’œil perpendiculairement225.
C’est ici que le traitement géométrique de la vision devient insuffisant226. Il est certain que lorsque l’on se limite aux rayons perpendiculaires, on obtient une correspondance parfaite entre les points d’un objet visible et ceux d’un hypothétique écran sensible situé à l’intérieur de l’œil. Une telle approche empêche toute compréhension de l’accommodation, et ne permet pas de résoudre le problème de la localisation de l’objet à regarder. Si un point se situe sur un rayon issu d’un point objet, il n’est pas possible d’évaluer la distance qui sépare l’œil de l’objet vu.
Il nous semble néanmoins important de distinguer l’approche géométrique de l’approche quantitative proposée par Alhazen. Certes, le traitement géométrique de la vision proposé par Alhazen demeure insuffisant : parmi tous les rayons qui pénètrent par la pupille dans l’œil, seul est senti celui qui frappe à la perpendiculaire la face antérieure du cristallin ; et c’est lui qui fait voir le point dont il émane (c’est en fait le seul qui ne soit pas dévié par réfraction en entrant dans l’œil). Mais son approche quantitative lui permet de poser la lumière comme stimulus de la vue, ce qui du point de vue de notre physique demeure toujours d’actualité. En outre, à partir du moment où Alhazen pose comme principe qu’il existe une entité extérieure se propageant le long de trajectoires rectilignes capable d’impressionner l’œil, alors cette entité devient un objet d’étude dont la nature devra être identifiée par la physique. La
225 Alhazen, Kitab, livre 1, chap.6. En fait, les formes lumineuses et colorées sont prises en charge par le sens
visuel du cristallin qui s’en imprègne. Puis ces formes, passant par les nerfs optiques, se transmettent dans un ordre inchangé jusqu’au cerveau où réside le sens commun (la faculté sensitive ultime, celle qui rassemble les sensations provenant de la vue et de tous les autres sens).
226
Alhazen (et Vitellion après lui) accorde au rayon perpendiculaire une « force » supérieure à celle du rayon oblique. Cette « force » lui permet de pénétrer l’œil.
Deuxième partie : histoire des théories de la vision
découverte d’Alhazen ouvre la voie à une nouvelle optique, une optique physique, science de la lumière.
Les éléments rationnels construits par Alhazen que nous conserverons par la suite peuvent être résumés en ces termes : les objets éclairés envoient de la lumière dans toutes les directions. L’agent de la perception n’est plus un rayon visuel allant au contact de l’objet,