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Qu'est-ce que la science de l'optique ?

Le 13/09/2022

L’histoire de l’optique fait partie de l’histoire des sciences. Le terme lui-même provient du grec ancien et se rapporte à l’œil. L’optique désignait alors ce qu’aujourd’hui on appelle les sciences de la vision. Elle se distingue de la dioptrique (lentilles) et de la catoptrique (miroirs). Depuis l’Antiquité, le sens du terme optique est passé de l’étude de la vision à celle de la lumière, avant de rejoindre, plus récemment, un corpus plus large de la physique. Différents aspects de l’optique sont abordés à l’école d’optique ISO.

Qu’entend-on par science de l’optique ?  

La science de l’optique regroupe plusieurs champs d’étude :

  • En physique : lois de la lumière (comportements et propriétés, rayonnement électromagnétique) et phénomènes de la vision. Cela comprend aussi les phénomènes mettant en jeu des rayonnements présentant des analogies avec la lumière (radiations infrarouges, ultraviolettes, ondes courtes, ultrasons, électrons, etc.). La physique englobe l’optique géométrique (modèle simplifié pour décrire l’électromagnétisme classique), l’optique physique (modèle plus complet, incluant les effets ondulatoires comme la diffraction et les interférences). Enfin certains phénomènes sont expliqués par l’optique quantique ;
  • Étude de la vue et fabrication des équipements optiques : instruments, verres correcteurs, loupes, jumelles, microscopes, etc., puis leur commercialisation.

Ce second domaine intéresse les métiers de l’optique qui prennent en charge les patients atteints de troubles de la vision.

Quelles sont les origines de l’optique ?

À l’origine, l’optique concernait tout ce qui était relatif à l’œil sous un angle scientifique.

Les premières lentilles optiques furent fabriquées sous l’Empire assyrien (environ -700 av. J.-C.). Ainsi, la lentille de Nimrud est la plus ancienne lentille à usage optique trouvée à ce jour. Il s’agit de cristaux polis, généralement du quartz. Des lentilles similaires furent aussi façonnées durant l’Égypte antique, la Grèce antique et la Babylonie. Les deux scientifiques grecs les plus célèbres sont Empédocle (Vᵉ siècle avant J.-C.)  et Euclide (IVᵉ siècle avant J.-C.) qui étudièrent la lumière et plusieurs phénomènes comme la réflexion.

Le courant mohiste, issu des enseignements et des livres écrits par le Chinois Mozi au Vᵉ siècle avant J.-C. s’intéresse à la géométrie et pose les fondements de l’optique géométrique en Extrême-Orient : comme le trajet de la lumière en ligne droite, la formation d’image par un sténopé, un miroir sphérique et un miroir plan ou la relation entre lumière et formation des ombres. Au IIᵉ siècle ap. J.-C., Ptolémée rédige L’Optique où il traite des propriétés de la lumière, notamment de la réflexion, de la réfraction, ainsi que de la réfraction atmosphérique et de la couleur.

Au sujet de la vision, les Grecs étaient partagés entre deux courants :

  • les « intramissionnistes » : les objets envoient des émanations qui parviennent aux yeux des observateurs.
  • les « extramissionnistes » : les yeux projettent un flux qui établit un contact avec l’objet.

Au Moyen-Age, l’optique progresse surtout en Asie (Shen Kuo et Zhao Youqin) et en Orient avec Ibn al-Haytham et son Traité d’optique (1021), dans lequel il étudie le mécanisme de la vision et observe le phénomène de réfraction atmosphérique, mais aussi la réfraction, la réflexion et le grandissement des lentilles.

Puis, au XVIᵉ siècle, la question de la nature de la lumière rassemble deux théories : la théorie ondulatoire et la théorie corpusculaire qui coexistent jusqu’à Newton (1666). Celui-ci donne l’avantage à la théorie corpusculaire. Il découvre que la lumière blanche est composée des couleurs décomposées par un prisme et que chaque couleur est caractérisée par sa propre réfrangibilité. À l’exception du noir qui absorbe toutes les couleurs de la lumière blanche et ne diffuse aucune couleur. Un peu avant (1604), Johannes Kepler démontre que l’œil est soumis aux lois de l’optique et découvre la réflexion totale (1611). Enfin, en 1678, Christian Huygens achève son Traité de la lumière dans lequel il décrit la théorie ondulatoire de la lumière, explique la diffraction des rayons, la réflexion, la réfraction, et énonce le principe éponyme montrant que chaque point de l’éther peut être considéré comme une source microscope d’onde lumineuse. Il explique aussi le phénomène de « double réfraction » ou polarisation.

Malgré la parution de l’ouvrage, la théorie ondulatoire est réfutée par Newton qui impose sa théorie et ne sera plus employée pendant près d’un siècle, à part par quelques scientifiques comme le mathématicien Leonard Euler.

À partir de ce siècle, l’optique est désormais étudiée en tant que discipline scientifique à part entière. La lumière devient un phénomène physique en soi, indépendant de la vision et de l’œil.

Les grandes étapes des métiers de l’optique et de la vision

La naissance du métier d’opticien

Au Moyen-Age, les moines utilisent des « pierres de lecture » pour grossir les textes. Ces pierres sont le plus souvent taillées dans du béryl. Il faut attendre le XIIIᵉ siècle pour que voit le jour la première paire de verres mise au point par le physicien Salvino degli Armati à Florence. Les verres sont enchâssés dans un cercle en bois dont l’épaisseur et la courbure permettent de grossir les objets et les textes. Dès lors, la lunetterie et l’ophtalmologie se développent en Italie. Ainsi les premières besicles, lunettes sans branches qui se fixent sur le nez, apparaissent à Venise. Elles comportent deux lentilles convexes rondes en verre de Murano montées sur des cercles en bois, corne ou cuir, et attachées à des manchons rivetés par des clous. Elles améliorent la vision binoculaire mais ne corrigent que la presbytie.

Au XVᵉ siècle, les clous sont remplacés par un pont qui peut être en bois, en métal, en corne, en cuir, en écaille de tortue ou en fanon de baleine. Plus tard, un ruban noué derrière le crâne ou une ficelle autour de l’oreille assurent le maintien des verres. Les myopes bénéficient à leur tour d’une correction grâce à l’invention des verres concaves à Florence vers 1440.

Aux alentours de 1450, la fabrication de lunettes démarre en France. À la fin du XVIᵉ siècle, miroitiers, lunetiers et bimbelotiers sont regroupés au sein de la même corporation. En 1720, les marchands ambulants de besicles se déclarent opticiens. Les opticiens lunetiers sont les seuls autorisés à tailler et monter des bésicles en cristal de roche et à les vendre. Puis au début du XVIIIᵉ siècle, l’opticien anglais Edward Scarlett crée les premières montures avec de courtes branches appelées « lunettes à tempes ». Il rallonge ensuite les branches et les courbe aux extrémités pour qu’elles tiennent derrière les oreilles. Ce sont les premières lunettes modernes. James Ayscough, opticien anglais, améliore encore le confort en concevant des branches articulées par une charnière, les « lunettes à oreilles » dont les branches passent par-dessus les oreilles.

Les premiers magasins français d’optique ouvrent dans les années 1930-1940, parmi lesquels celui des frères Lissac (1938) qui propose un examen de la vue gratuit à ses clients. Georges Lissac crée d’abord la SARL Frères Lissac puis deux autres sociétés : SIL pour la fabrication de montures (1946) et LOS pour les lentilles ophtalmiques spéciales (1948). Cette dernière devient LOR (pour lentilles ophtalmiques rationnelles). Puis l’ensemble des sociétés se regroupe sous le nom SILOR (Société Industrielle de Lunetterie et d’Optique Rationnelle).

Toutefois, les opticiens sont toujours considérés comme des commerçants officiant en magasin et non des spécialistes de la vision. La professionnalisation du métier d’opticien intervient en 1954 avec la création d’un brevet de technicien supérieur : le BTS opticien-lunetier (BTS OL).

En 1972, les groupes SILOR et ESSIL fusionnent pour devenir ESSILOR, leader mondial du marché du verre.

L’origine des lunettes de soleil

Au XIXᵉ siècle, on commence à se soucier de la dangerosité des rayons ultra-violets sur les yeux. En Europe, on dote les lunettes de pince-nez avec des verres fumés inspirés des verres en quartz créés par les chinois.

En 1932, Edwin H. Land crée le filtre polarisant qu’il nomme Polaroid. Il s’agit d’une feuille de fibre synthétique qui polarise la lumière du soleil. Parallèlement, des campagnes de sensibilisation aux méfaits des rayons UV sont menées.

Dans les années 1960, la société Corning développe une nouvelle forme minérale de verre : le verre photochromique. Celui-ci a la propriété de se teinter en fonction de la quantité d’UV qu’il reçoit.

Enfin, dans les années 1990, on fabrique les premiers verres organiques à teinte variable qu’on adapte sur une monture au choix. Les enseignes d’optique proposent une collection variée de solaires homme, femme et enfant de différentes marques.

L’invention des lentilles de contact

En 1887, l’ophtalmologiste allemand Adolph Fick invente un dispositif optique en verre recouvrant quasiment l’intégralité de l’œil. Mais il est trop inconfortable pour être porté plus de quelques heures.

Toutefois, d’autres chercheurs poursuivent ses travaux pour trouver une forme de lentille plus adaptée à l’œil. Ainsi, le chercheur allemand August Müller parvient à créer une lentille sclérale en verre soufflé. Celle-ci couvre la cornée et la sclère pour un meilleur confort. En France, Louis Girard en reprend le principe. Et dans les années 1920, Zeiss fabrique des verres scléraux en cristal que l’opticien peut adapter à l’œil du patient.

Mais l’innovation la plus importante remonte aux années 1960 avec les travaux de deux chimistes tchèques : Otto Wichterle et Drahoslav Lim qui publient leurs travaux sur les gels hydrophiles pour utilisation biologique.

Ainsi l’hydrogel va permettre de fabriquer les premières lentilles souples en 1961 et de révolutionner le confort du port de lentilles. En effet, la souplesse du dispositif permet à l’oxygène de se déplacer à travers la lentille vers l’espace oculaire.

Enfin, les 25 années suivantes, les polymères, matériaux utilisés dans la fabrication de lentilles souples, font l’objet de constantes améliorations. En 1992, l’écossais Ron Hamilton du laboratoire Daysoft crée les lentilles souples jetables. Au fil des décennies, le prix des équipements tend à se démocratiser et le corps des opticiens se forme pour prendre en charge l’adaptation des lentilles en boutique. Au besoin, ils peuvent désormais modifier l’ordonnance initiale pour proposer d’autres marques de fabricants de lentilles ou de produits d’entretien. Ils disposent de kits, d’une boîte d’essai du fabricant et d’un stock de produits pour accompagner et conseiller au mieux les patients porteurs de lentilles de contact.

Les métiers de l’optique et de la vision aujourd’hui

les metiers de l'optique et la vision d'aujourd'hui

Aujourd’hui, les lunetiers, verriers et opticiens travaillent en concertation pour améliorer la vision des personnes et leur confort de vie. L’opticien-lunetier est un professionnel de santé reconnu pour ses multiples compétences. L’opticien indépendant ou salarié d’une franchise accueille, conseille les patients et clients dans leur choix d’équipement optique : sur ordonnance pour les verres correcteurs et les lentilles de contact, ou pour des verres solaires. Les opticiens pratiquent des contrôles de la vue sous couvert du médecin ophtalmologiste. Ils recherchent les meilleures solutions visuelles, esthétiques et de confort en vue d’une amélioration constante de la santé visuelle des personnes.

Désormais la science de l’optique regroupe 4 grands domaines :

  • Santé visuelle qui comprend les spécialités en basse vision, les compétences d’optométriste et de contactologue ;
  • Gestion et métier du commerce et du management ;
  • Vision et création qui rassemble les métiers du design de lunettes (création et fabrication de montures de lunettes pour des verres correcteurs ou des solaires) ;
  • Recherche et innovation en laboratoire et dans les industries du secteur de l’optique.

Les chiffres clés de l'iso

Les chiffres clés de l'iso

1988

Création
de l'iso

9

écoles et CFA
en france

15 000

étudiants
& diplomés

100%

taux
d’employabilité