Quel est le principe des jumelles ?

Les jumelles et les télescopes nous permettent de voir des objets éloignés en détail, alors que ce ne serait pas possible à l'œil nu. Pour ce faire, ces instruments jouent intelligemment avec la lumière et exploitent quelques principes scientifiques.

Lorsque la lumière présente dans l'air traverse un autre matériau comme le verre, elle s'infléchit légèrement. C'est ce que l'on appelle le principe de réfraction. Ce principe est utilisé par les jumelles et les télescopes, mais aussi par les verres correcteurs ou les loupes.

Pour découvrir par l'expérience ce qu'il se passe exactement, remplissez un verre de liquide. La surface de l'eau sera parfaitement rectiligne à l'œil, de sorte que si vous posez un journal sur le verre, il sera réfléchi par la surface de l'eau. Cependant, sur les bords, là où le liquide est en contact avec le verre, vous observerez une courbure. Le reflet du journal posé sur le verre ne sera pas une représentation exacte, mais une image agrandie ou réduite de celui-ci.

Une lentille comme nous en trouvons dans les jumelles n'est en fait rien d'autre qu'un morceau de verre poli dont la surface est creuse ou sphérique. Le nom remonte à l'époque romaine et est dérivé du mot latin « lentulus », utilisé pour désigner la plante du même nom. La forme de la lentille rappelle en effet la forme de la graine.

Lorsque la lumière atteint la lentille, les rayons lumineux sont ralentis et infléchis. Selon la façon dont elle est polie, la lentille provoque un fléchissement différent de la lumière et son qualificatif varie. Ainsi les lentilles plus épaisses au milieu que sur les côtés (bombées) sont qualifiées de convexes ou convergentes. Elles attirent en quelque sorte la lumière vers l'intérieur de la lentille et la concentrent en un seul endroit. Ce type de lentilles crée une image agrandie lorsque vous regardez au travers, comme une loupe.

Les lentilles qui sont plus fines au milieu qu'à l'extérieur (creuses) sont qualifiées de concaves ou divergentes. Elles font exactement l'inverse d'une lentille convergente : les rayons lumineux sont répartis à travers la lentille sur une plus grande surface, à la façon d'un projecteur de home cinema.

Le principe de base des jumelles repose sur l'effet grossissant des lentilles et consiste à placer deux lentilles convergentes l'une après l'autre dans un tube. La première lentille – l'objectif – capture la lumière et crée une image focalisée juste derrière cette première lentille. La deuxième lentille – l'oculaire – capture cette image et l'agrandit. Un seul tube donne un télescope, et deux tubes l'un à côté de l'autre donnent des jumelles. Rien de plus simple.

Mais il y a un bémol. Lorsque la lumière d'un objet distant atteint une lentille convergente, les rayons lumineux infléchis peuvent se croiser. L'image apparaît alors à l'envers. Pour éviter ce problème, les jumelles sont dotées d'une paire de prismes – deux morceaux de verre taillés – qui remettent l'image à l'endroit. Le premier prisme fait pivoter l'image de 90 degrés sur le côté, et le prisme suivant la fait pivoter de 90 degrés de plus. Résultat ? Une image nettement agrandie et présentée dans le bon sens.

Il existe deux types de prismes dans les jumelles : la conception de prisme en toit (les prismes sont placés l'un derrière l'autre) et le prisme de Porro (les prismes sont placés l'un en face de l'autre à un angle de 90 degrés). Cette conception explique également la forme caractéristique des jumelles et leur poids (souvent important), puisqu'il faut loger deux prismes dans chaque tube.

Les jumelles compactes (ou jumelles de théâtre) sont la seule exception. Ces petites jumelles légères retournent l'image dans le bon sens sans prismes, en utilisant uniquement des lentilles. Ces jumelles sont dès lors beaucoup moins complexes, mais livrent aussi une qualité d'image nettement moins bonne.