Comment fonctionne la vision des couleurs chez l'humain

La lumière elle-même n'a pas de couleur

Cela peut sembler étrange, mais c'est un fait scientifique fondamental : la lumière visible n'est qu'un rayonnement électromagnétique porteur d'énergie, et elle ne contient aucune couleur au sens où nous la percevons. Ce que nous appelons la couleur est une interprétation construite par le cerveau à partir de la longueur d'onde de la lumière qui atteint l'œil. L'œil humain ne détecte qu'une fine tranche du spectre électromagnétique complet, environ de 380 nanomètres, perçus comme violet, à 700 nanomètres, perçus comme rouge. Tout ce qui est plus court, comme les ultraviolets, ou plus long, comme les infrarouges, nous reste totalement invisible bien que ces rayonnements nous entourent en permanence.

Lorsque la lumière frappe un objet, celui-ci absorbe certaines longueurs d'onde et en réfléchit d'autres vers nos yeux. Une pomme paraît rouge parce qu'elle absorbe presque toutes les longueurs d'onde sauf celles de la plage rouge, qui rebondissent et atteignent notre rétine. La couleur est donc fondamentalement le résultat d'une interaction entre la lumière incidente, les propriétés d'une surface et la manière dont le cerveau traite le signal reçu, plutôt qu'une caractéristique fixe logée dans l'objet lui-même.

La rétine : la porte d'entrée de la lumière vers le système nerveux

À l'arrière de l'œil se trouve une fine couche de tissu appelée rétine, qui est en réalité un prolongement direct du cerveau, développé pour capter la lumière. La rétine contient deux principaux types de cellules photosensibles, les photorécepteurs : les bâtonnets et les cônes. Les bâtonnets sont extrêmement sensibles à la faible lumière et fonctionnent efficacement dans des conditions peu éclairées, comme au crépuscule ou dans une pièce sombre, mais ils ne distinguent aucune couleur, ce qui explique pourquoi tout apparaît en nuances de gris dans l'obscurité. Les cônes, eux, sont responsables de la vision des couleurs et des détails fins, mais ils ont besoin d'une lumière relativement plus intense pour bien fonctionner.

Une seule rétine compte environ 120 millions de bâtonnets, tandis que les cônes sont beaucoup moins nombreux, environ 6 millions seulement, la plupart concentrés dans une minuscule région centrale appelée la fovéa, qui fournit la partie la plus nette de notre vision. C'est pourquoi nous tournons instinctivement les yeux directement vers ce que nous voulons voir clairement.

Les trois types de cônes : la base de toutes les couleurs

La vision des couleurs chez l'humain est scientifiquement dite trichromatique, car elle repose sur seulement trois types de cônes, chacun porteur d'un pigment photosensible différent et donc plus sensible à une longueur d'onde particulière. Le premier type, appelé S pour Short (court), atteint son pic vers 420 nanomètres, dans la plage du bleu. Le deuxième, M pour Medium (moyen), culmine vers 534 nanomètres, dans le vert. Le troisième, L pour Long, culmine vers 564 nanomètres, dans la partie jaune-rouge du spectre.

Il est essentiel de comprendre qu'aucun type de cône ne répond à une seule longueur d'onde ; chacun réagit sur une plage assez large avec un pic à un point précis, et les trois plages se chevauchent considérablement. Lorsqu'une lumière d'une longueur d'onde donnée atteint la rétine, les trois types de cônes s'activent à des degrés divers, et chacun envoie un signal électrique dont l'intensité reflète son niveau de stimulation. Le cerveau compare la force relative de ces trois signaux, et c'est précisément de cette comparaison qu'émerge la couleur perçue. Le violet, par exemple, résulte d'une forte activation des cônes sensibles au bleu combinée à une certaine activation des cônes sensibles au rouge.

De la rétine à la perception dans le cerveau

Les signaux électriques produits par les bâtonnets et les cônes ne sont pas immédiatement interprétés comme des couleurs. Ils traversent d'abord un réseau complexe de cellules à l'intérieur de la rétine elle-même, puis voyagent le long du nerf optique jusqu'à un relais cérébral appelé le corps genouillé latéral, avant d'atteindre enfin le cortex visuel situé dans le lobe occipital, à l'arrière du cerveau. Là, les signaux sont traités selon ce qu'on appelle la théorie des processus opposants, qui postule que le cerveau compare les signaux par paires opposées : rouge contre vert, bleu contre jaune, et blanc contre noir. Cela explique des phénomènes comme les images rémanentes, ces couleurs fantômes que l'on voit sur une surface blanche après avoir fixé une couleur vive pendant un moment.

Ce traitement en plusieurs étapes signifie que la couleur est finalement davantage une construction mentale qu'une propriété purement physique, ce qui explique aussi certaines illusions d'optique où une même teinte peut paraître totalement différente selon les couleurs qui l'entourent.

Le daltonisme : quand l'équilibre se rompt

Le daltonisme, ou plus précisément le déficit de la vision des couleurs, survient généralement lorsqu'un type de cône est absent, sous-performant ou décalé dans sa plage de sensibilité. La forme la plus courante est le daltonisme rouge-vert, causé par un défaut des cônes M ou L. Il s'agit d'une condition héréditaire liée au chromosome X, ce qui explique qu'elle touche bien plus souvent les hommes que les femmes, avec une prévalence estimée à environ 8% chez les hommes contre moins de 0,5% chez les femmes. Le daltonisme bleu-jaune, causé par un défaut des cônes S, est beaucoup plus rare et n'est pas lié au sexe de la même manière. Dans de très rares cas, une personne est totalement dépourvue de cônes fonctionnels et ne voit le monde qu'en nuances de gris, une condition appelée achromatopsie.