III - Les verres ophtalmiques 1)

1) Qu'est-ce qu'un verre ophtalmique ?

Définition:

Le verre ophtalmique ou verre correcteur permet de corriger un défaut de vision. Pour remplir pleinement son rôle, il ne doit pas gêner la vision et ainsi être transparent.

Caractéristiques d'un verre ophtalmique :

Un verre est caractérisé par trois éléments :

- le matériau dans lequel est taillé le verre ( son indice de réfraction détermine l'épaisseur du verre).
- la surface optique ou design qui permet la correction : la forme du verre détermine son

action.
- les traitements pour lui conférer certaines propriétés comme la protection contre les rayures, les reflets, etc... mais cela ne change en rien les propriétés optiques du verre ( au niveau de la réfraction des rayons lumineux ). Ainsi, nous n'aborderons pas ce thème.

Les matériaux utilisés de nos jours pour la confection des verres correcteurs :

Il existe aujourd'hui deux grands de matériaux utilisés dans la confection des verres correcteurs :

le verre minéral et le verre organique.

Le verre minéral :

C'était le matériau le plus utilisé en ophtalmie. Il résulte de la fusion à très haute température ( environ 1500°C ) de ses ingrédients qui sont principalement l'oxyde de Silicium SiO₂ plus connu sous le nom de Quartz qui entre dans la composition du verre à hauteur de 65-70 %. Ensuite on ajoute des oxydes, ils représentent 30-35 % de la composition du verre ( exemples : oxydes de Calcium, Sodium, Bore, Potassium ou Titane).

L'ajout d'oxyde de Titane permet d'augmenter l'indice de réfraction du verre.

Les propriétés du verre minéral :

- solidité.

- dureté ( il ne se raye pas facilement ).

- il est cassant à température ambiante ( 20°C ).

- il transmet la lumière visible.

Le verre organique :

Le verre organique est une matière plastique polymère. (polymère: c'est une macromolécule ( = grosse molécule ) qui a la spécificité d'être formée par la répétition d'un même motif monomère (= molécule de base des polymères qui peut être associée à une autre molécule identique par une liaison covalente)

représentation simplifiée d'un polymère

L'utilisation du verre organique en ophtalmologie remonte aux années 60 avec la commercialisation d'un polymère, le CR 39 ou ORMA, découvert dans les années 40 par des chimistes de la Colombia Corporation. Le nom de CR 39 vient du brevet Colombia Registry Nr 39 (en abrégé CR 39 ).

Il existe deux grands types de matériaux organiques : les thermodurcissables et les thermoplastiques.

Les thermodurcissables :

Le CR 39 fait parti de ces thermodurcissables qui sont les plus couramment utilisés en ophtalmologie.

Les thermodurcissables sont des polymères qui sous l'action de la chaleur, contrairement aux autres polymères, se durcissent pour atteindre un état solide irréversible. Ils ne peuvent être refondus une fois refroidi (par exemple la bakélite : poignées de casseroles).

Les propriétés des thermodurcissables en font des matériaux appréciés aussi bien des fabricants que des porteurs de lunettes :

- propriétés optiques proches de celles du verre minéral ( indice de réfraction de 1,5 ).

- parfaite transparence.

- légèreté ( faible masse volumique ).

- bonne résistances aux chocs.

Les thermoplastiques :

Les thermoplastiques connaissent une utilisation grandissante grâce notamment au développement du polycarbonate.

Les thermoplastiques sont des polymères qui se ramollissent sous l'action de la chaleur et se durcissent en se refroidissant de manière réversible ( contraire des thermodurcissables ). Ils peuvent être ainsi travaillés à chaud ou moulés par injection.

Les propriétés des thermoplastiques :

- excellente résistance aux chocs.

- indice de réfraction élevé ( 1,59 ).

- extrême légèreté.

- il est très sensible aux solvants ( ex: acétone ) qui peuvent le détruire.

Remarque : le polycarbonate étant un matériau tendre on doit toujours y appliquer un vernis anti rayure.

Il existe d'autres verres organiques comme : le 1,56 , le MR8, le MR 10, le Trivex (ou PNX ), etc, …

Remarque:

Deux autres critères ( en plus de l'indice de réfraction) sont utilisés pour choisir le matériau le plus adapté pour la confection des verres ophtalmiques : la masse volumique et la constringence.

La masse volumique : est une grandeur physique qui caractérise la masse d'un matériau par unité de volume. Elle est obtenue par le quotient de la masse d'un corps par son volume :

ρ =

Masse objet en g ; volume objet en cm^3 ; ρ en g.cm^-3

Elle est utilisée pour savoir si le verre va être lourd donc s'il peut occasionner une gène pour le porteur de lunettes.

La constringence : Elle correspond à la variation d’indice de réfraction de la matière en fonction de la longueur d’onde (= la couleur) de la lumière. C'est à dire la capacité d’une matière transparente à décomposer la lumière blanche.

On calcule cette variation d’indice sur les couleurs extrêmes (le rouge et le bleu).

Calcul de la constringence :

Pour calculer la constringence d'un matériau, on calcule l'indice de réfraction avec plusieurs longueurs d'onde qui correspondent aux raies spectrales de Fraunhofer de certains éléments.

Indice de réfraction de certains éléments dans un verre minéral d'indice 1.7

Mais si on se situe Europe ou aux États-Unis les éléments utilisés pour la mesure diffèrent.

Ainsi en Europe on calcule la constringence centrée sur la raie verte ( e ) d'une lampe à mercure tel que :

V_e = = = 34,4

Aux États-Unis, la constringence est centrée sur la raie jaune (d) d'une lampe à hélium tel que :

V_{d =} = = 34,6

La constringence fait varier la puissance d'un verre.

Exemple ;: un verre de +2.00 dioptries confectionné avec deux matériaux organiques différents, le CR 39 et le polycarbonate de constringence respective 58 et 30.

CR 39 :

V = +2.00 + = +2.03 δ en lumière bleue.

V = +2.00 +( ) = + 1,97 δ en lumière rouge.

polycarbonate :

V = +2.00 + = 2,06 δ en lumière bleue.

V = +2.00 + ( ) = 1.94 δ en lumière rouge

La constringence est aussi appelée nombre d'Abbe en l'honneur du physicien Ernest Abbe qui a défini la constringence.

Une fois que la lumière a traversé un matériau ( comme le CR 39 ) au nombre d'Abbe élevé (> 45), elle n'est pratiquement pas déviée (constringence élevée = faible décomposition).

Par contre, si elle traverse un matériau (comme le polycarbonate) au nombre d'Abbe peu élevé (< faible =" forte">es images vues à travers ce matériau, sont bordées d’une irisation colorée.

L'irisation est perceptible par l'œil en dessous d'un nombre d'Abbe de 40.

Mais généralement quand un matériau à un indice de réfraction élevé ( = verre plus mince), sa constringence est faible. Il faut alors trouver un compromis entre le confort de vision ( constringence ) et l'esthétique ( épaisseur du verre ).

Tableau de la dispersion de la lumière en fonction de la constringence

Tableau récapitulatif des principaux matériaux et de leur propriétés (cliquer sur le tableau pour mieux voir)

Surface optique ou design :

Définition : Surface sur laquelle se produit soit une réflexion, soit une réfraction de la lumière. La surface optique donne la correction optique du matériau. Il existe autant de designs que de corrections visuelles.

Il existe 2 grandes familles de surfaces optiques : les verres unifocaux et les verres multifocaux

Verres unifocaux :

Ce sont des verres qui n'ont qu'un foyer (c'est à dire une lentille : voir 2)les lentilles et leurs propriétés). De ce fait la correction est la même de près comme de loin. Ils permettent de compenser les amétropies ( myopie, hypermétropie, astigmatisme ).

Remarque : ce sont ces verres que nous allons étudier.

Schéma d'un verre unifocal :

Verres multifocaux :

On distingue parmi les verres multifocaux : les verres bifocaux, trifocaux, progressifs.

(cliquer sur le tableau pour mieux voir)