Effet Purkinje

L’effet Purkinje (parfois appelé décalage de Purkinje ou adaptation à l’obscurité) est la tendance de la sensibilité maximale de l’œil humain à se déplacer vers l’extrémité bleue du spectre de couleurs à des niveaux d’éclairage faibles. L’effet est nommé d’après l’anatomiste tchèque Jan Evangelista Purkyně.

Cet effet introduit une différence de contraste de couleur sous différents niveaux d’éclairement. Par exemple, en plein soleil, les fleurs de géranium apparaissent rouge vif contre le vert terne de leurs feuilles, ou fleurs bleues adjacentes, mais dans la même scène vue au crépuscule, le contraste est inversé, avec les pétales rouges apparaissent rouge foncé ou noir, et les feuilles et les pétales bleus apparaissent relativement brillants.

La sensibilité à la lumière dans la vision scotopique varie avec la longueur d’onde, bien que la perception soit essentiellement en noir et blanc. Le décalage de Purkinje est la relation entre le maximum d’absorption de la rhodopsine, atteignant un maximum à environ 500 nm, et celui des opsines dans les cônes de longueur d’onde et de longueur d’onde moyenne qui dominent dans la vision photopique d’environ 555 nm.

En astronomie visuelle, le décalage de Purkinje peut affecter les estimations visuelles d’étoiles variables lorsqu’on utilise des étoiles de comparaison de différentes couleurs, en particulier si l’une des étoiles est rouge.

Physiologie
L’effet se produit parce que les cônes sensibles à la couleur dans la rétine sont plus sensibles à la lumière verte, alors que les bâtonnets, qui sont plus sensibles à la lumière (et donc plus importants en basse lumière) mais qui ne distinguent pas les couleurs, lumière bleue. C’est pourquoi les humains deviennent virtuellement daltoniens sous de faibles niveaux d’éclairage, par exemple au clair de lune.

L’effet de Purkinje se produit lors de la transition entre l’utilisation primaire des systèmes photopique (à cône) et scotopique (à base de tige), à ​​l’état mésopique: lorsque l’intensité diminue, les bâtonnets prennent le dessus et disparaissent complètement. il se déplace vers la sensibilité supérieure des tiges.

La sensibilité de la tige s’améliore considérablement après 5-10 minutes dans l’obscurité, mais les bâtonnets prennent environ 30 minutes d’obscurité pour régénérer les photorécepteurs et atteindre une sensibilité totale.

Utilisation de feux rouges
L’insensibilité des crayons à la lumière à grande longueur d’onde a conduit à l’utilisation de feux rouges dans certaines circonstances particulières – par exemple dans les salles de commande des sous-marins, dans les laboratoires de recherche, les avions ou à l’œil nu.

Dans des conditions où il est souhaitable d’avoir à la fois les systèmes photopique et scotopique actifs, les feux rouges fournissent une solution. Les sous-marins sont bien éclairés pour faciliter la vision des membres de l’équipage qui y travaillent, mais la salle de contrôle doit être allumée différemment pour permettre aux membres de l’équipage de lire les tableaux de bord tout en restant sombres. En utilisant des lumières rouges, ou en portant des lunettes rouges, les cônes peuvent recevoir suffisamment de lumière pour fournir une vision photopique (à savoir la vision de haute acuité requise pour la lecture). Les tiges ne sont pas saturées par la lumière rouge vif car elles ne sont pas sensibles à la lumière à longue longueur d’onde, de sorte que les membres de l’équipage restent adaptés à l’obscurité. De même, les cockpits d’avion utilisent des feux rouges pour que les pilotes puissent lire leurs instruments et leurs cartes tout en conservant la vision nocturne pour voir à l’extérieur de l’avion.

Les feux rouges sont également souvent utilisés dans les milieux de recherche. De nombreux animaux de recherche (tels que les rats et les souris) ont une vision photopique limitée, car ils ont beaucoup moins de photorécepteurs coniques. En utilisant des lumières rouges, les sujets animaux sont gardés « dans l’obscurité » (la période active pour les animaux nocturnes), mais les chercheurs humains, qui ont une sorte de cône (le « cône L ») qui est sensible aux longues longueurs d’onde, sont capable de lire des instruments ou d’exécuter des procédures qui seraient impraticables même avec une vision scotopique complètement sombre (mais à faible acuité). Pour la même raison, les expositions de zoo des animaux nocturnes sont souvent éclairées avec la lumière rouge.

Histoire
L’effet a été découvert en 1819 par Jan Evangelista Purkyně. Purkyně était un polymathe qui méditait souvent à l’aube pendant de longues promenades dans les champs bohémiens fleuris. Purkyně remarqua que ses fleurs préférées apparaissaient rouge vif un après-midi ensoleillé, alors qu’à l’aube elles avaient l’air très sombres. Il a raisonné que l’œil n’a pas un, mais deux systèmes adaptés pour voir les couleurs, l’un pour l’intensité de la lumière globale lumineuse, et l’autre pour le crépuscule et l’aube.

Purkyně a écrit dans son Neue Beiträge:

Objectivement, le degré d’éclairement a une grande influence sur l’intensité de la couleur. Afin de le prouver le plus vivement, prenez quelques couleurs avant le lever du jour, quand il commence lentement à devenir plus léger. Au départ on ne voit que du noir et du gris. En particulier, les couleurs les plus vives, rouge et vert, apparaissent les plus sombres. Le jaune ne peut pas être distingué d’un rouge rosé. Le bleu est devenu apparent à moi d’abord. Les nuances de rouge, qui autrement brûlent le plus dans la lumière du jour, à savoir le carmin, le cinabre et l’orange, se montrent plus sombres pendant un certain temps, contrairement à leur luminosité moyenne. Le vert semble plus bleuâtre pour moi, et sa teinte jaune se développe avec l’augmentation de la lumière du jour seulement.