Pourquoi la couleur nous trompe-t-elle continuellement ? 3. Les couleurs du noir et blanc

Notre système visuel fait parfois percevoir des couleurs sur une image en noir et blanc. Comment est-ce possible puisque l’image ne contient objectivement aucune caractéristique spectrale pouvant être interprétée comme une couleur par notre cerveau ? On parle alors de couleurs subjectives car elles diffèrent d’un observateur à l’autre, et certains ne les perçoivent pas. Il s’avère que le paramètre temps joue un rôle essentiel dans la perception de ces couleurs illusoires. Par quel mécanisme ?

Des disques noir et blanc en rotation procurent des sensations colorées

En 1838, le philosophe et psychologue allemand Gustav Fechner (1801-1887) voulait réaliser des anneaux gris gradués en faisant tourner un disque comportant des secteurs noirs, de taille croissante à partir du centre, sur fond blanc (Fig. 1). À sa grande surprise, il observa non pas des anneaux gris mais des anneaux colorés. La couleur dépendait en outre du sens de rotation !

Fig. 1. Le disque de Fechner en rotation fait percevoir des anneaux colorés et non pas gris. Source : réf. 1

L’article de Fechner relatant ses observations passa néanmoins inaperçu. Beaucoup plus tard, en 1894, l’Anglais Charles Benham (1860-1929), journaliste et inventeur à ses heures, reprit l’idée et réalisa une toupie, le Toton de Benham, mis en vente dans les magasins de jouets, qui connut un grand succès commercial. Quand on fait tourner cette toupie contenant des arcs de cercles noirs sur fond blanc, des anneaux colorés apparaissent (cliquez sur l’image de la figure 2). L’ordre des couleurs par rapport au centre s’inverse lorsque le sens de rotation change. Ces couleurs illusoires portent le nom de « couleurs subjectives de Fechner-Benham ».1,2

Fig. 2. Le disque de Benham en rotation produit la sensation d’anneaux de couleur pâle chez de nombreux observateurs. Pour voir l’effet de cette rotation, cliquez sur l'image. Crédit : Smartse/ Wikimedia commons

L’origine de ces couleurs n’est pas totalement élucidée. Les conditions nécessaires mais non suffisantes pour les observer sont une modulation temporelle et une modulation spatiale du stimulus. C’est ce que réalise le disque de Benham grâce aux alternances de parties sombres et claires produites par les arcs courts et les deux demi-disques noir et blanc. Les avis convergent pour invoquer les différences de vitesse de transmission au cerveau des signaux émanant des photorécepteurs de la rétine (cônes) et prétraités par les neurones rétiniens.2 En outre, puisque la perception des couleurs varie sensiblement d’un individu à l’autre,3 on conçoit que les couleurs subjectives puissent être perçues différemment.

Les rayons de MacKay

Regardez la figure 3 conçue par le britannique Donald MacKay en 1957.4 De nombreux observateurs perçoivent sur cette figure en noir et blanc des moirés colorés et des mouvements dans la partie centrale. Ces couleurs subjectives s’expliquent à nouveau par des modulations temporelle et spatiale, mais elles ne proviennent pas, cette fois, d’un mouvement du dessin, mais des mouvements de l’œil lui-même. En effet, ce dernier ne reste jamais figé, même lorsqu’on fixe le regard : il est animé de mouvements rapides, aléatoires, et de faible amplitude, appelés microsaccades.5

Fig. 3. Les rayons de MacKay font percevoir des moirés colorés et des mouvements au centre de l’image. En faisant défiler le document sur votre écran, vous remarquerez en outre l’apparition d’anneaux transitoires. Les microsaccades de l’œil sont responsables de ces observations. Source : Project Lite.

Produire l’impression de mouvements ou de vibrations en mettant à profit les propriétés de l’œil et les illusions d’optique, tel est l’objectif des œuvres d’op art (ou art optique). La figure 4 (haut) en donne un exemple : il s’agit d’une reproduction du tableau que l’artiste Isia Leviant a peint en 1981 et a baptisé The Enigma. En fixant le regard sur le centre de ce tableau, vous percevez sans doute des nuées qui tournent au sein des anneaux colorés.

Fig. 4. The Enigma, tableau d’Isia Leviant (en haut). Fixez votre regard sur le centre de ce tableau. Ne voyez-vous pas des nuées qui tournent au sein des anneaux ? Lorsqu’on supprime les rayons de MacKay (figure du bas), la sensation de mouvement disparaît. Source : réf. 5.

Cette illusion a beaucoup intrigué les scientifiques.6 Il ne vous a pas échappé que ces anneaux sont superposés aux rayons de MacKay qui procurent une sensation de mouvements (voir ci-dessus). Ces derniers sont en quelque sorte « transférés » aux anneaux. Sans les rayons, l’illusion disparaît (Fig. 4 en bas). Après bien des débats et controverses, S. Martinez-Conde et ses collègues ont montré que la vitesse de rotation des nuées dans les anneaux était directement liée à la fréquence des micro-saccades de l’œil,7 ce qui réfute les autres interprétations mettant en jeu le cerveau et non l’œil.

L’importance des microsaccades de l’œil

Les microsaccades de l’œil sont essentielles à la majeure partie de la perception visuelle.8 Lorsque vous fixez votre regard sur une lettre de ce billet, son image sur la rétine se déplace en permanence en raison des micromouvements de l’œil dont l’amplitude est de l’ordre de la taille de la lettre. Ainsi, des groupes de photorécepteurs différents sont sollicités, ce qui « rafraichit » l’activité neuronale plusieurs fois par seconde. Les neurones rétiniens restent donc actifs, grâce aux microsaccades ; sans elles, l’image disparaîtrait. Les informations transmises au cortex visuel sont analysées, réorganisées, et in fine, le cerveau procure une image cohérente et stable.

Références et notes

1I .H. Piéron, « Le mécanisme d’apparition des couleurs subjectives de Fechner-Benham », L’année psychologique, vol. 23, pp. 20-27 (1922).

2F. Viénot, J. Le Rohellec, « Jeux de couleurs », dans Les illusions des sens, Dossier Pour la Science, avril-juin 2003, pp. 20-27.

3Voir le billet du 12.10.2018 « Pourquoi la perception des couleurs n’est-elle pas parfaitement identique pour chacun de nous ? »

4J. Ninio, « Faux mouvements », dans Les illusions des sens, Dossier Pour la Science, avril-juin 2003, pp. 36-37.

5Voici une petite expérience qui prouve l’existence des microsaccades de l’œil. Fixez le point noir au centre de l’image ci-dessous pendant une trentaine de secondes, puis déplacez votre regard sur le disque blanc. Vous verrez alors que l’image rémanente de la grille est animée de micromouvements.

6J. Bullier, « Illusion ou réalité », Pour la Science, n° 278, déc. 2000, pp. 154-155.

7X.G. Trondosco et al., « Microsaccades drive illusory motions in the Enigma illusion », PNAS, vol. 105(41), pp. 16033-16038 (2008). Article consultable ici.

8S. Martinez-Conde, S. Macknick, « Les mouvements secrets de l’œil », Pour la Science, n° 360, oct. 2007, pp. 56-61.

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