Le Traité d'optique (en arabe Kitab al-Manazir ou كِتَابُ المَنَاظِر, en latin ou ) est un ouvrage en sept volumes traitant de domaines scientifiques variés : l’optique, la physique, les mathématiques, la médecine, l’anatomie et la psychologie, écrit par le scientifique arabe Alhazen (nom latinisé d'Ibn al-Haytham) au début du . Le livre a eu une influence importante sur le développement de l'optique et de la science en général car il a profondément renouvelé la connaissance de la lumière et de la vision, et mis en œuvre de manière systématique une démarche d’enquête fondée sur l’observation, l’usage d’instruments et le raisonnement mathématique...
Cet ouvrage traite de l'optique géométrique et de l'optique physiologique. Alhazen y expose ses idées sur la nature de la lumière et des couleurs, étudie le trajet des rayons lumineux, les problèmes de réflexion et de réfraction. Il s'intéresse au mécanisme de la vision, avec un organe récepteur, l'œil, et une interprétation par le cerveau. Il donne ainsi des explications et des descriptions dans le domaine de la perception visuelle et des illusions d’optique. Alhazen accompagne assez systématiquement ses affirmations d'un recours à des expériences reproductibles et fait un usage très fréquent de la chambre noire qu'il a contribué à développer.
Connu dans le monde arabe par les commentaires qu'en font les successeurs d'Alhazen, tel Kamāl al-Dīn al-Fārisī, ce traité parvient en Europe à la fin du et va influencer pour plusieurs siècles de nombreux chercheurs tels Vitellion, Roger Bacon, John Peckham, Johannes Kepler et Willebrord Snell.
Vue d’ensemble Le traité d'optique n'est pas le premier ouvrage d'Alhazen concernant la vision mais c'est certainement le plus abouti. L'objectif d'Alhazen est de rédiger un traité sur la vision mais en faisant clairement, dès le départ, la distinction entre les conditions de la vision et les conditions de propagation de la lumière tout en procédant le plus souvent possible par observation et expérimentation.
Optique et vision Durant l’antiquité classique, deux grandes théories de la vision ont coexisté. La première théorie, la théorie de l’émission qui a été soutenue par des penseurs tels qu’Euclide et Ptolémée, postulait que la vision fonctionnait grâce à l’émission par l'œil d’un rayon de lumière. La deuxième théorie, la théorie de l'intromission, appuyée par Aristote et ses disciples, professait que les formes physiques entraient dans l'œil en provenance des objets. Chez les chercheurs arabes, la même scission apparait, al-Kindi et Hunayn ibn Ishaq se rapprochent de la théorie de l'émission, tandis que Rhazès et Avicenne réfutent par l'expérience et le raisonnement cette théorie. Alhazen se range nettement dans la seconde école, reprenant les réfutations de ses prédécesseurs. Il fait valoir, sur la base d'observations courantes et d'arguments logiques, que nous ne pouvons pas voir grâce à des rayons émis par l'œil. Mais il se détache de cette école sur un point fondamental : il ne croit pas que l'œil percevait le visible par le biais de formes physiques entrant dans l'œil. Pour lui, l'information ne réside pas dans une forme perçue comme une totalité mais comme une somme de rayons de lumière parvenant à l'œil à partir de chaque point d’un objetD. C. Lindberg, Theories of Vision from al-Kindi to Kepler, (Chicago, Univ. of Chicago Pr., 1976), ..
Il met en place une théorie de la lumière qui occupe plus de la moitié du traité. Pour lui, la lumière (ḍawʾ) est indépendante de sa perception (ibṣār). Elle se propage en ligne droite avant et après réflexion ou réfraction, est dotée d'une vitesse très grande mais qui varie selon les milieux traversés et elle perd de son intensité en chemin. Elle irradie dans toutes les directions à sa source et ce même phénomène de dispersion radiale se produit en tout point d'un objet qu'elle éclaire (lumière seconde). C'est seulement sur les surfaces lisses que la lumière rebondit selon les lois de la réflexion et c'est la variation de vitesse de la lumière quand elle change de milieu qui explique le phénomène de réfraction. La couleur est une propriété intrinsèque de l'objet, activée au moment où celui-ci est éclairé et elle se déplace alors selon les mêmes règles que la lumière.
Alhazen décrit la vision comme faisant intervenir deux instances différentes. L'œil n'a qu'un rôle de récepteur de la lumière et de la couleur, et est traité comme un instrument optique dont il fait une anatomie complète descriptive et fonctionnelle. Il attribue au cristallin la capacité de renseigner sur l'intensité lumineuse et le voit comme une lentille réfringente bi-convexe. Il accepte l'opinion, généralement admise à son époque, que l'humeur cristalline est le siège principal de la sensation visuelle. L'unité de la vision binoculaire est assurée par un mouvement de convergence conjoint des deux yeux sur le point de fixation et la diplopie se produit lorsque cette fonction n'est pas assurée. Ibn al-Haytham fait une étude détaillée des conditions de fusion des images binoculaires au moyen d'une tablette expérimentale, qui sera reprise jusqu'à l'époque classique . L'œil perçoit donc la taille, la forme, la transparence (couleur et luminosité), la position et le mouvement mais la distinction cognitive se fait au niveau du cerveau. Pour Alhazen, la perception n'est pas seulement physique mais psychologique et tout acte de vision est accompagné d'une activité mentale de reconnaissance, comparaison, discernement, jugement et inférence.
Méthode scientifique L'un des aspects associés aux recherches en optique d’Ibn al-Haytham est un recours systématique à une méthodologie d'expérimentation (i'tibar) et aux essais contrôlés dans ses investigations scientifiques. Selon A.I. Sabra, ce terme (iʿtibār) traduit en latin par experimentum doit être plus vu comme test d'hypothèse que comme processus vers une découverte. Ses méthodes expérimentales reposent sur la combinaison de la physique classique (ilm tabi'i) avec les mathématiques (ta'alim, géométrie en particulier)Alhazen, Traité d'optique, Livre 1, chapitre 1, paragraphe 2 Lire en ligne, p.4) posant les rudiments de ce qui pourrait être désigné comme un modèle hypothèse-déduction dans la recherche scientifique. Cette approche mathématique et physique de la science expérimentale a sous-tendu la plupart des propositions du Kitab al Manazir (Traité d'optique, De aspectibus ou Perspectivae) et a constitué le fondement de ses théories sur la vision, la lumière et la couleur, ainsi que ses recherches en catoptrique et dioptrique.
Il a décrit son approche expérimentale, fondée sur le doute (shukūk), dans l'introduction du livre comme suitAlhazen, Traité d'optique, Livre 1, chapitre 1, paragraphe 6 (extraits) (Lire en ligne , p. 5) :
De nombreux auteurs contemporains ont rapproché cette démarche d’une forme de méthode scientifique, en soulignant la présence, dans le Kitāb al-Manāẓir, de séquences typiques d’observation des phénomènes, de formulation d’hypothèses, de mise à l’épreuve par des expériences instrumentées et d’analyse des résultats.. Abdelhamid I. Sabra et Roshdi Rashed insistent cependant sur le fait que ces rapprochements sont rétrospectifs : le terme iʿtibār renvoie d’abord, pour Ibn al-Haytham, à l’idée de « mise à l’épreuve » d’énoncés géométrico-physiques, dans un cadre conceptuel où la physique naturelle (ʿilm ṭabīʿī) et les sciences mathématiques (taʿālīm) restent étroitement articulées.
Roshdi Rashed note ainsi que « par la promotion de l'utilisation d'expériences dans la recherche scientifique, al-Haytham a joué un rôle important dans le démarrage de la science moderne » note: . et cet avis est partagé par Rosanna Gorini qui le considère comme un Rosanna Gorini (2003). "Al-Haytham the Man of Experience. First Steps in the Science of Vision", International Society for the History of Islamic Medicine. Institute of Neurosciences, Laboratory of Psychobiology and Psychopharmacology, Rome, Italy.. Ces formules sont toutefois entendues, chez ces auteurs, comme des évaluations a posteriori de l’importance historique du Traité d’optique et non comme l’affirmation qu’Ibn al-Haytham aurait formulé lui-même une « méthode scientifique » proprement dite au sens moderne.
Plus largement, plusieurs synthèses consacrées à la pensée médiévale soulignent que la rationalité de cette époque se déploie dans un univers de culture écrite où la lecture, le commentaire, la dispute et la mise en forme de questions structurent la vie intellectuelle, plutôt que dans une séparation nette entre « science », « philosophie » et « théologie ». Dans ce cadre, les pratiques d’observation, d’argumentation et d’examen critique que l’on trouve chez Ibn al-Haytham peuvent être comprises comme une modalité particulière de ces techniques de lecture et d’enquête, plutôt que comme l’application anticipée d’un modèle moderne de « méthode scientifique »..
Volumes Livre I Dans le Livre I, Ibn al-Haytham commence par une introduction sur les deux doctrines de la vision qui dominaient auparavant la pensée antique sur l'optique : l'émission et l'intromission. Il affirme que ses recherches et ses investigations sur la lumière seront basées sur l’expérimentation et les preuves plutôt que sur la théorie abstraite et il décrit l'approche systématique qu'il utilisera pour résoudre le problème de la vision dans ses études sur l'optique. Pour justifier son choix de la théorie de l’intromission, il décrit un certain nombre d'observations où les yeux éprouvent une douleur lorsqu'ils sont exposés à une lumière vive (lumière principale) et où les yeux perçoivent une image persistante après avoir fixé un objet illuminé (lumière secondaire) pendant une longue période de temps..
Il décrit ensuite les règles de déplacement de la lumière (en ligne droite, à vitesse variable, s'estompant avec la distance) et les conditions de la vision (l'objet doit être lumineux par lui-même ou éclairé, il doit faire face à l'œil, le milieu qui le sépare de l'œil doit être transparent et moins opaque que lui, l'objet doit avoir une taille suffisante,...).
Il examine aussi la structure anatomique de l'œil. Selon Alhazen, l'œil est constitué de deux sphères. La plus grande est la sphère uvéale contenant le corps vitré, la plus petite est la sphère de la cornée. Les deux sphères s'intersectent selon une lentille bifocale qui donne le cristallin. Il place le nerf optique dans l'alignement des centres des deux sphères, au lieu de le déporter vers le nez. Tous ces éléments sont inclus dans des membranes (non représentées dans le schéma ci-contre) destinées à maintenir la cohésion de l'ensemble. On retrouve dans cette conception anatomique quelques éléments figurant déjà chez Galien. Quand il cherche à expliquer comment les rayons lumineux, en pénétrant dans l’œil, peuvent reconstituer l'image d'un objet, il se heurte à deux problèmes. Le premier est le diamètre de la pupille qui, trop important pour être considéré comme un trou d'aiguille, doit théoriquement reproduire une image floue. Ne voyant pas le cristallin comme une lentille capable d'effectuer une mise au point, il émet l'hypothèse que seuls les rayons traversant les surfaces de contact perpendiculairement sont conservés. Ce qui le conduit à utiliser une réfraction pour qu'un même rayon soit perpendiculaire à la cornée et au cristallin. Le second problème rencontré est que ce fonctionnement conduit à avoir une image inversée dans l’œil. Cette inversion parait inconcevable à Alhazen qui redresse l'image par une nouvelle réfraction (solution élégante mais fausse).
Livre II Le livre II décrit comment l’œil perçoit les différentes propriétés liées à la vision (lumière, couleur, distance, position, forme, taille, mouvement, transparence, beauté, laideur...).