Vision : d'où viennent les superpouvoirs de Superman ?

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Il est tout à fait possible que Superman soit doté d'une visionnocturne performante. Pour voir des objets faiblement lumineux, il faut capter de nombreux photons parmi ceux qu'ils émettent.
Pour avoir une bonne vision nocturne, Superman est probablement doté d'un tapetum jucidum qui réfléchit fortement la lumière extérieure. On comprend pourquoi Superman évite d'être photographié ! © EDP Sciences

La solution qui tombe sous le sens est d'augmenter la surface de collection de la lumière, c'est-à-dire d'avoir un récepteur de grand diamètre. C'est précisément dans cette course au gigantisme des télescopes que sont lancés les astronomes. Une autre solution consiste à augmenter la sensibilité du détecteur, autrement dit le rendre capable de réagir à un plus petit nombre de photons incidents. Les bâtonnets sont si sensibles qu'ils réagissent à l'arrivée d'un unique photon, difficile de faire mieux... C'est pourquoi il vaut mieux, pour voir une étoile faible, la nuit, utiliser la vision périphérique, de telle sorte que la lumière stellaire soit perçue par les régions périphériques de l'œil, riches en bâtonnets.Augmenter la sensibilité revient donc à augmenter le nombre de bâtonnets. Considérant que la taille de l'œil est imposée, cela ne peut se faire qu'au détriment des cônes et donc de la vision des couleurs. Autrement dit, un œil très sensible voit moins bien les couleurs. Pour bien voir la nuit, il faut donc avoir de grands yeux remplis de bâtonnets, comme ceux des chouettes. Les animaux nocturnes partagent une astuce très intéressante pour notre propos. Ils possèdent une membrane dénommée le tapetum lucidum, ou « tapis choroïdien ». Il s'agit d'une couche de cellules réfléchissantes disposées derrière la rétine, et qui agissent comme des miroirs en renvoyant sur les cellules photoréceptrices jusqu'à 90 % de la lumière qui les touche. Cet efficace recyclage de la lumière augmente considérablement la sensibilité en faible luminosité et, dans la quasi-obscurité, le tapetum lucidum donne au regard de ces animaux le même éclat phosphorescent que celui du chat.
Réflexion de couleur verte par le tapetum lucidum du chat. © Domaine public

Un Superman nyctalope doit donc être doté d'une grande quantité de bâtonnets et d'un tapetum lucidum pour recycler la lumière qui est passée entre les cellules photosensibles. S'il évite avec tant d'ardeur de se faire photographier avec un flash, c'est certainement pour ne pas laisser sur la pellicule la preuve de l'anatomie particulière de ses yeux : le reflet de sontapetum lucidum devrait y apparaître de manière évidente.

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En plus de sa remarquable vision télescopique, Superman est doté du pouvoir de distinguer de très petites choses, habituellement invisibles à l'œil nu.Notre capacité à voir de petits détails est, nous l'avons dit, limitée par la résolution angulaire de l'œil. La taille angulaire apparente d'un objet dépend du quotient de sa taille réelle par sa distance. Autrement dit, un objet difficile à percevoir parce qu'il est vu sous un petit angle apparent devient visible si on s'en approche. C'est ce que vous faites spontanément en positionnant cette page à la juste distance de vos yeux : trop près, l'œil ne peut plus accommoder, trop loin il ne distingue plus les détails et vous ne pouvez plus lire. Le point le plus proche que l'on peut voir nettement en accommodant au maximum se nomme le punctum proximum.

Sa distance à l'œil dépend beaucoup de l'âge et varie de 10 centimètres chez les enfants à 100 centimètres chez les personnes âgées. Pour un adulte typique, la valeur adoptée généralement est de 25 centimètres. Au voisinage du punctum proximum, l'œil distingue des détails de la taille d'un cheveu, soit environ 50 micromètres. C'est encore trop gros pour Superman, qui semble capable de voir des objets de taille inférieure au micromètre. Alors, comment fonctionne la vision microscopique de Superman ?
Le microscope comporte deux lentilles convergentes. L'image réelle de l'objet à travers la première lentille, l'objectif, est observée avec la seconde, l'oculaire, qui en donne une image virtuelle grossie. © EDP Science

Le principe du microscope moderne, inventé par Zacharias Jansen en 1590, puis perfectionné par Robert Hooke au XVII^e siècle, est fondé sur l'utilisation de deux lentilles. La première est un objectif fortement convergent qui donne de l'objet à observer une image inversée. Cette image est elle-même observée à l'aide d'une seconde lentille convergente, dénommée oculaire, placée de telle sorte que la première image soit dans son plan focal.

À travers l'oculaire, l'œil voit l'image finale de l'objet sans accommoder. Pour fonctionner comme un microscope de ce type, l'œil de Superman devrait donc posséder plusieurs lentilles au lieu de l'unique (le cristallin) que nous possédons. Si l'œil de Superman se contente d'une seule lentille, il devra plutôt s'inspirer du microscope utilisé par Antoni Van Leeuvenhoek en 1668 et fondé sur un schéma simple : une lentille formée d'une minuscule bille deverre sertie dans une lame métallique.L'échantillon était placé sur une pointe métallique, solidaire du support et que l'on déplaçait face à la lentille pour en explorer le contenu. L'ensemble était tenu très près de l'œil, face à une forte lumière, et permettait d'obtenir des grossissements allant jusqu'à 300 fois, suffisants pour observer des objets de quelques micromètres. Inconvénient pour notre héros, la bille de verre utilisée par Van Leeuvenhoek ne mesurait que quelques millimètres de diamètre, un peu faible pour un globe oculaire...

Enfin, la vision microscopique subit les inconvénients de l'interaction entre matière et lumière. Pour voir de petits objets, il faut les éclairer de telle sorte que la lumière ne soit pas trop diffractée par les plus petits détails. Cela suppose que la lumière incidente ait une longueur d'onde beaucoup plus petite que la dimension des plus petits détails que l'on veut apercevoir. Dans le cas des microbes et des particules de taille supérieure au micromètre, la lumière visible suffit encore. Pour des objets plus petits, il faut remplacer la lumière visible par un autre type de sonde, par exemple un faisceau d'électrons comme dans les microscopes électroniques. On comprend donc que Superman, qui doit se contenter de la lumière visible, soit limité dans la taille des plus petits objets qu'il est capable de distinguer. À mon avis, on a beaucoup exagéré la capacité de Superman à voir les petits objets.

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