Prendre des photos d’un objet pour faire des mesures à l’écran
*Présentation
Lorsqu’on choisit de dessiner un objet, on peut placer ce qu’on veut sur le dessin, de manière raisonnée et en fonction de son objectif. La photographie enregistre l’objet de manière plus automatique, ce qui pose de nombreux problèmes. Deux sont détaillés avec pour fil directeur la photographie d’un crâne d’homme fossile pour faire des mesures à l’écran. Cette activité figure dans un sujet d’ECE (évaluation des capacités expérimentales), qui a fait partie des 25 sujets lors des sessions 2009 et 2010.
*Voir le maximum de l’objet sur la photo
Dans le sujet d’ECE, on demande à l’élève de prendre la photo d’un crâne, dans le but de faire ensuite des mesures avec un logiciel. Cela nécessite une précaution si on veut photographier effectivement tous les points de mesure.
Lorsqu’on prend en photo un objet, on peut difficilement enregistrer toutes ses caractéristiques avec une seule photo. Dans le cas d’un crâne, la symétrie et la subsphéricité de l’objet permettent de diminuer le nombre de photos. On peut en effet voir le sommet du crâne avec une photo prise de côté, dans certaines conditions, que nous allons découvrir avec des photos de globe terrestre.
Ces deux globes terrestres ont été photographiés à différentes distances et on les a ensuite affichés à la même taille pour les comparer. À gauche le plus près possible et à droite du fond d’une salle de classe et en zoomant.
Le sud du Groenland et une péninsule antarctique, visibles sur la photo de droite, ne le sont pas sur la photo de gauche. De la même façon, on voit plus de Pacifique et plus d’Afrique sur l’image de droite que sur celle de gauche.
La raison est très simple et il est toujours intéressant de la faire découvrir aux élèves. L’angle de prise de vue varie avec la distance et conditionne la surface de sphère visible. Cela signifie d’ailleurs qu’il faudrait qu’un satellite soit à une distance infinie pour voir les pôles et qu’un photographe soit à une distance infinie pour voir le sommet du crâne.
En pratique, il faut essayer de prendre la photo du plus loin possible, en zoomant. Même si le crâne apparaît petit sur la photo, le nombre de pixels permettra un recadrage en conservant assez de détails.
Pour un repérage plus précis du sommet du crâne, on peut aussi placer une punaise sur le sommet du crâne, au point B (point triple frontal-pariétaux). La suture entre l’os frontal et le pariétal étant oblique par rapport à l’axe point B-appareil photo, le non repérage exact du point B amènerait à placer ce point sur la suture et non au point triple entre le frontal et les deux pariétaux.
Sur cette première photo, prise le plus près possible du crâne, la suture entre l’os frontal et le pariétal coupe l’ « horizon » du crâne en avant du point B, amenant à placer un faux point B en l’absence de punaise.
Sur cette deuxième photo, prise à 1 mètre du crâne, la suture entre l’os frontal et le pariétal coupe l’ « horizon » du crâne exactement au niveau de la punaise. Il n’y a pas d’erreur sur la position du point B. Cela dit, ce crâne d’erectus a un sommet en toit, facile à voir en totalité par le côté. Avec un crâne au sommet plus arrondi, il est possible qu’il faille reculer de plus d’1 m pour ne pas faire d’erreur sur le point B.
*Placer une échelle pour faire des mesures
Dans le même sujet, on demande au candidat de placer une règle sur le plan qui est derrière le crâne, de manière à faire ensuite des mesures sur la photo. Cette méthode est envisageable, mais en prenant encore une fois la photo du plus loin possible.
Le schéma suivant représente un crâne schématisé, vu de dessus, le plan sur lequel on a mis la règle et un trait rose qui représente 20 cm. L’appareil photo est placé très près du crâne, à deux largeurs de crânes du plan de fixation de la règle, ce qui est possible avec un appareil courant.
Un objet de 10 cm à l’avant du crâne (ici, la demi-règle) se verra attribuée une longueur de 20 cm avec la règle qui est derrière le crâne. Un objet de 15 cm au milieu du crâne se verra attribuée une longueur de 20 cm avec la règle qui est derrière le crâne. On fait donc une grosse erreur, qui, de plus n’est pas la même pour tous les endroits du crâne.
Si on se place à 2 m de l’avant du crâne, un objet de 10 cm à l’avant du crâne se verra attribuée une longueur de 10,7 cm avec la règle qui est derrière le crâne.
Si on se place à 4 m de l’avant du crâne, un objet de 10 cm à l’avant du crâne se verra attribuée une longueur de 10,35 cm avec la règle qui est derrière le crâne. L’erreur est donc toujours là et non négligeable. Il vaudrait mieux se placer à 8 m, ce qui est peu la limite dans nos salles.
Plus on se place loin du crâne, plus on minimise l’erreur que l’on fait sur la longueur d’un objet qui ne se trouve pas sur le même plan vertical que la règle. L’annulation totale de l’erreur de parallaxe nécessiterait une distance infinie.
La photo suivante montre un exemple d’erreur de parallaxe. Une règle a été placée devant le crâne et une autre derrière. L’appareil est à une distance indéterminée.
On voit qu’un objet de 10 cm du côté gauche du crâne se voit attribuer une longueur de 23-7=16 cm à cause de l’erreur de parallaxe.
*Conclusion
Il paraît indispensable de sensibiliser les élèves aux problèmes que pose la photographie du réel, que nous utilisons de plus en plus.
On trouve parfois dans les livres de physique une allusion à ces problèmes (par exemple Nathan Physique Secondes 2010 p 328). Entre les sessions 2009 et 2010, la fiche protocole-candidat a été complétée par la phrase « cadrer le montage du plus loin possible et en zoomant (si possible). La totalité du crâne et la règle doivent être visibles (limitation des erreurs de parallaxe). ». C’est un premier pas vers une éducation aux problèmes posés par l’enregistrement photographique.
