1. vision de la lumière - univ-oeb.dz
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CHAPITRE 2 : INTRODUCTION A LA VISION HUMAINE
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1. Vision de la lumière Dans un milieu transparent et homogène, la lumière se propage en ligne droite (selon le principe de
la propagation rectiligne de la lumière). On représente la direction de propagation de la lumière par
une ligne orientée appelée rayon lumineux.
Pour qu'un objet soit visible pour un observateur, deux conditions doivent être satisfaites :
1. cet objet doit émettre de la lumière. Soit il produit sa propre lumière (source primaire).Soit il
diffuse la lumière qu'il reçoit (source secondaire ou objet diffusant).
2. une partie de la lumière émise par l'objet doit pénétrer dans l'œil (autrement dit, il ne doit pas
y avoir d'obstacle entre l'objet et l'œil).
.
Figure1-Trajet de la lumière
La lumière est une onde électromagnétique se définissant par son amplitude et photons (la hauteur
des crêtes) et sa longueur d’onde (la distance entre deux crêtes). Lorsque cette longueur s’étend sur
une plage compris entre 390 et 780 nanomètres, l’œil humain la perçoit sous forme de couleur sans
détail.
Ainsi, l'œil humain est capable de percevoir ce qu'on appelle le spectre des lumières visibles. Cette
amplitude correspond à un spectre de toutes les lumières comprises entre 390 nanomètres (nm), qui
correspond au violet, et 780 nm, qui correspond au rouge.
CHAPITRE 2 : INTRODUCTION A LA VISION HUMAINE
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La lumière blanche, comme la lumière du jour est un mélange de toutes ces couleurs.
Traditionnellement un spectre de la lumière du soleil est obtenu si la lumière blanche traverse un
prisme.
Quand les longueurs d'ondes sont courtes - vers 380 nm - nous les percevons comme du bleu-violet
et quand elles sont plus longues - vers 700 nm - nous les percevons comme rouge. L'ensemble des
ondes visibles s'appelle le spectre de la lumière visible. Au-delà du spectre visible pour l'homme se
trouvent du côté des ondes encore plus courtes les ultraviolets, rayons X et autres rayons gamma et
du côté des ondes plus longues, les infrarouges puis les ondes radios.
2. Le système visuel humain
L'œil est l'organe de la vision, il nous permet de capter la lumière de notre environnement et de la
convertir en message nerveux, lequel est transmis au cerveau qui l'analyse.
A. La structure de l’œil L’œil, ou globe oculaire est l’organe de la vision. Il est de faible volume (6.5 cm
3), pèse 7 grammes, et
a la forme d’une sphère d’environ 24 mm de diamètre, complétée vers l’avant par une autre demi-
sphère de 8 mm de rayon, la cornée.
CHAPITRE 2 : INTRODUCTION A LA VISION HUMAINE
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La cornée, qui est une membrane solide et transparente qui entoure et protège l'œil contre les
micro-organismes extérieurs. Elle forme une demi-sphère d’environ 8 à 11 millimètres de diamètre.
Elle joue le rôle de lentille en assurant 80% de la réfraction de la lumière. La lumière pénètre dans
l’œil par celle-ci. La cornée contient 78% d’eau qui est maintenu par les larmes réparties sur la
surface de l'œil par les battements des paupières.
L’humeur aqueuse, qui est un liquide transparent presque entièrement composé d’eau salée, et qui
régule la pression à l’intérieur de l’œil.
La pupille qui est un trou central de l’iris par lequel la lumière (rayons lumineux) pénètre dans l’œil
(rétine). Son diamètre dépend de l’ouverture de l’iris.
L’iris : diaphragme percé par la pupille. C’est un tissu musculaire en forme d’anneau colorée (bleu,
marron, vert…) dont son ouverture varie, entre 2,5 et 7 millimètres, afin de modifier la quantité de
lumière pénétrante dans l’œil pour éviter l’aveuglement. Lors de la présence de lumière vive (en
plein soleil), ou pour capter le plus de rayons, lors d’une obscurité (la nuit).
Le cristallin
Le cristallin est une lentille transparente déformable qui est responsable de la convergence et de la
divergence de la lumière. Celui-ci se déforme et devient plus convergent de manière à ce que l'image
se forme toujours nette sur la rétine lorsque l'objet se rapproche de l'œil (on dit qu'il accommode ou
fait la mise au point de l’image). Il possède une forme biconvexe.
Lorsqu’il ne peut s’accommoder, nous avons des problèmes de vision tels que la myopie (œil trop
long), l’hypermétropie (œil trop court), la presbytie (cristallin impuissant -> vieillesse).
L’humeur vitrée, qui est un liquide situé derrière le cristallin et qui occupe 90% du volume de l’œil. Il
maintient la rétine en place et la protège en amortissant les chocs et en garantissant la rigidité de
l’œil.
Le nerf optique, qui transmet les informations de l’œil au cerveau.
Il y a également d’autres composantes dans l’œil qui n’interviennent pas forcément dans la traversée
de l’œil par la lumière, mais qui sont très utiles :
La choroïde, qui est une couche vasculaire de couleur noire qui nourrit les photorécepteurs de la
rétine.
La sclérotique, qui est une enveloppe de protection recouvrant 5/6 de la surface de l’œil. L’œil lui
doit sa blancheur et sa rigidité.
La macula, qui est la zone de la rétine où la vision est à son maximum, due au nombre très important
de cônes. On trouve en son centre la fovéa.
CHAPITRE 2 : INTRODUCTION A LA VISION HUMAINE
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Le point aveugle qui est un point de l’œil dépourvu de photorécepteurs et qui est donc totalement
aveugle. Nombreuses illusions d’optiques reposent sur ce phénomène.
B. Structure de la rétine
La rétine est l’organe le plus important de l’œil. Elle mesure environ 0,5 mm d’épaisseur, et recouvre
les trois quarts de l’intérieur du globe oculaire.
La rétine est un tissu nerveux constitué de 3 couches de neurones. Certains d’entre eux,
les photorécepteurs sont des neurones qui détectent la lumière grâce à des molécules appelées
pigments : la nature et la quantité de pigment influent sur la perception des images. Un pigment
correspond à une longueur d’onde. Il existe 2 types de photorécepteur :
Les cônes
Les cônes, eux, représentent seulement 5% des photorécepteurs (5 millions) et permettent la vision
des couleurs ainsi que la perception des images détaillées. On peut constater la présence de trois
types de cônes en fonction des pigments qu'ils détiennent l'opsine S, l'opsine M et l'opsine L.
Chaque cône présente un spectre d'absorption de la lumière spécifique, défini par des longueurs
d'ondes allant à peu près de 400 à 800 nanomètres. Ces spectres ont une absorption maximale soit:
- dans le bleu, entre 420 et 500 nm pour les cônes S
- dans le vert, entre 500 et 560 nm pour les cônes M
- dans le rouge, entre 600 et 750 nm pour les cônes L
CHAPITRE 2 : INTRODUCTION A LA VISION HUMAINE
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Chaque couleur, c'est-à-dire chaque longueur d'onde, est perçue grâce à l'activité de trois types de
cônes (cônes S, M et L). C'est ce qu'on appelle la trichromatie. En additionnant les trois couleurs dites
primaires (rouge, vert, bleu), on obtient toutes les autres couleurs du spectre. Il s'agit alors d'une
synthèse additive.
Grâce à ce fonctionnement, on peut distinguer 2,3 millions de couleurs différentes. Le daltonisme est
l’absence d’un cône, ce qui empêche la distinction de deux couleurs qui paraissent alors identiques.
Les bâtonnets
Les bâtonnets, qui représentent 95% des photorécepteurs, peuvent réagir à des éclairements très
faibles et sont donc utilisés pour distinguer différents niveaux de clarté. Ils ne possèdent qu'un type
de pigment : la rhodopsine. Ils ne sont pas dans la fovéa (où sont les cônes) mais ils sont répartis
dans la rétine (120 millions). Ils perçoivent mal les couleurs car ils ont peu de liaisons directes avec le
nerf optique, contrairement aux cônes.
CHAPITRE 2 : INTRODUCTION A LA VISION HUMAINE
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3. Formation de l’image
Une image se forme grâce à des rayons lumineux pénétrant dans l’œil.
L’œil est un globe constitué de plusieurs enveloppes concentriques (sclérotique, choroïde, rétine)
entourant des milieux transparents.
Les rayons lumineux doivent :
• entrer par la pupille (orifice délimité par l’iris), qui agit comme un diaphragme en laissant plus
ou moins passer les rayons lumineux.
• traverser le cristallin, véritable lentille vivante dont le rayon de courbure peut être modifié
(accommodation par contractions des muscles ciliaires).
• passer à travers différents milieux transparents (la cornée, l’humeur aqueuse, le cristallin et
l’humeur vitrée) avant de venir former une image sur la rétine.
Lorsque l’on regarde un objet ou une image, les rayons lumineux de celui-ci traversent le cristallin
permettant de modifier la direction de propagation de la lumière afin de la focaliser sur la rétine. Le
cristallin est une lentille convergente qui a la particularité d’avoir un effet loupe et d’agrandir
l’image. C’est ainsi que une image se forme à l’envers sur notre rétine. L’œil transforme seulement
l’image perçue en signaux électriques. On ne parle pas encore de vision, il y a juste une image qui
s'est simplement formée sur la rétine. On peut parler de vision dès lors que les informations ont été
traitées, c'est le rôle du cerveau qui retourne l’image et la crée en 3D grâce aux images de nos yeux.
CHAPITRE 2 : INTRODUCTION A LA VISION HUMAINE
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Chaque lentille est caractérisée par :
1. l'axe optique (ou axe principal) : c'est l'axe de symétrie de la lentille
2. le centre optique O : c'est le centre de symétrie de la lentille
3. le foyer focal image F' : il est situé sur l'axe optique
4. le foyer focal objet F : il est aussi situé sur l'axe optique, symétrique de F' par rapport à O.
Les règles suivantes expliquent le retournement :
Un rayon incident passant par le centre optique O d'une lentille n'est pas dévié.
Un rayon incident parallèle à l'axe optique Δ sort d'une lentille en passant par un point F',
appelé foyer image.
Un rayon incident passant par le foyer objet F sort d'une lentille parallèlement à l'axe optique
Δ.
4. De l'image au cerveau
Une fois l'image physique formée au fond de l'œil sur la rétine. Les photorécepteurs (récepteurs
sensoriels) donnent naissance à un message nerveux (signal électrique) à partir de la lumière reçue.
Ce signal électrique est transmis à une deuxième couche de neurones, les cellules bipolaires, elles
même connectées à un 3ème type de neurones, les cellules ganglionnaires qui acheminent
le message nerveux au cerveau le long du nerf optique.
La tête du nerf optique se situe au fond de l’œil au niveau d’une région circulaire appelée disque
optique. La tête de ce nerf est le point où les axones des cellules ganglionnaires se rejoignent pour
sortir du globe oculaire et donc aller vers le cerveau. Ce point est également appelé « point aveugle »
étant donné l’absence de photorécepteurs sur ce point, l’œil y est insensible à la lumière.
CHAPITRE 2 : INTRODUCTION A LA VISION HUMAINE
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Chaque rétine est en lien avec un nerf optique. Les fibres nerveuses des deux nerfs optiques se
croisent au niveau du chiasma optique. Ce croisement partiel explique comment les messages
nerveux venant du champ visuel gauche aboutissent dans l'hémisphère cérébral et inversement.
Les nerfs optiques se terminent au niveau d'un relais cérébral appelé corps genouillé latéral ou
toutes les fibres des nerfs optiques sont en connexion synaptique avec d'autres neurones. Ensuite,
les signaux traversent le corps grenouillé latéral, puis les informations des 2 yeux convergent : cela
aboutit aux effets binoculaires tels que la 3D. Ainsi, le CGL sert à fusionner les 2 images que nous
voyons par chaque œil, et ainsi être projetées niveau des régions du cortex responsable de la
perception visuelle c'est à dire : le cortex visuel.
5. L'interprétation du cerveau
Nous savons donc comment les informations reçues par l’œil arrivent au cerveau. Ceci dit, ces images
doivent être encore traitées. C'est le rôle d'un des organes les plus complexes du corps humain,
le cerveau et ses aires visuelles.
A) Le traitement de l'information
L'image physique, formée au fond de l'œil sur la rétine est transmise au cerveau sous forme de
messages codés. Ceux sont les zones visuelles du cerveau qui analysent ces signaux afin de donner
une représentation de l'objet perçu. Le cortex visuel est composé de 5 aires distinctes disposées à
l'arrière du cerveau. Les aires principales du cortex visuel sont :
CHAPITRE 2 : INTRODUCTION A LA VISION HUMAINE
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L'aire V1 (cortex visuel primaire)
Comme son nom l'indique, c'est la partie principale du cortex visuel. C'est à ce niveau là qu'arrive le
message nerveux en provenance des yeux et que l'image va commencer à être reconstituée à partir
de l'information reçue des photorécepteurs rétiniens. Ses cellules sont sensibles de façon tonique
aux stimuli visuels et la majorité d'entre elles sont sensibles à la couleur et code la couleur. Cette
zone fait une première analyse des informations (forme, couleur, mouvement) et les distribue aux
autres aires (cortex visuel secondaire).
Le cortex visuel secondaire
Cette partie du cortex visuel est semblable au cortex visuel primaire mais il y a des différences. Le
cortex visuel primaire lui distribue des informations qu'il a reçu afin d'interpréter toutes les
informations reçues de la rétine. Chacune de ces aires a sa spécialité. Les rôles des différentes aires
du cortex visuel secondaire sont les suivantes
- L'aire V2
Cette aire est l'une des parties les plus importantes du cortex visuel. Elle permet le transfert des
informations du cortex visuel primaire au secondaire et à toutes les autres aires du cortex visuel
secondaire.
Elle traite les contours (cercle, carré, ovale…), l’orientation (verticale, horizontale), les textures (lisse,
rugueux…), et les couleurs.
- L'aire V3
Son rôle est de reconnaitre et d'interpréter la forme des objets de l'information, mais aussi
d'analyser les formes en mouvement et d'apprécier les distances. Ses cellules sont sensibles
aux formes, mais, elles ne sont pas sensibles à la couleur.
L'aire V4
Son rôle est de traiter les couleurs de l'information de la rétine et les formes immobiles. Ses cellules
sont spécifiques de certaines longueurs d'onde lumineuses (couleurs) et la plupart d'entre elles sont
également sensibles à l'orientation.
L'aire V5
CHAPITRE 2 : INTRODUCTION A LA VISION HUMAINE
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Son rôle est de traiter la perception du mouvement de l'information de la rétine. Ses cellules
sont sensibles au mouvement et pour la plupart, spécifiques de certaines directions, et dont aucune
n'est sensible à la couleur des cibles en mouvement. Cette aire, contrairement aux autres, n'est pas
constamment utilisée car tous les objets perçus ne sont pas tous en mouvement.
Le passage par ces différentes aires aboutit aux actions du cerveau : la reconnaissance de l’objet et
l’action qui en résulte.
Après voir traversé les aires visuelles primaires, les signaux se séparent et suivent une des 2 voies.
une voie ventrale, qui est impliquée dans les formes et les couleurs, analyse les scènes
visibles sans prendre en compte les mouvements. L’aire V4 est l’aire principale de cette voie.
Elle est surnommé »voie du quoi » ou « voie du voir pour reconnaître ». Elle passe par le
cortex temporel inférieur.
une voie dorsale, qui intervient dans les déplacements visuels des objets, et des
mouvements ; elle est nécessaire pour éviter les obstacles, se rendre compte des reliefs
nous entourant, saisir les objets, ….Elle oriente nos yeux en fonction de l’environnement
autour. Elle est surnommée la « voie du où » ou la « voie du voir pour agir ». Elle passe par le
cortex pariétal postérieur.
Les illusions optiques
Notre système visuel a été conçu pour s’adapter constamment aux phénomènes physiques qui lui
sont imposés. Ainsi, nous avons une vision du monde qui nous entoure en trois dimensions, qui
prend en compte la perspective, les distances, les reliefs, etc.
Seulement, il se trouve que le cerveau puisse être mis à l’épreuve, lorsqu’il est confronté à des
images appelées «illusions d’optique». Ces images utilisent le principe de la distorsion, de la
perspective, du mélange des couleurs, qui reproduisent des phénomènes basiques que notre cerveau
a pour habitude de modifier, dans le but d’obtenir une vision nette.
Les illusions géométriques
CHAPITRE 2 : INTRODUCTION A LA VI
Ces illusions, concernent les images créées à partir de figures géométriques, pouvant être simples,
comme compliquées. Ces illusions donnent lieu à des erreurs d’interprétations, de dimensions, de
courbures, de directions, et d’estimations.
critères :
– L’élément « inducteur », qui provoque la déformation. Ce sont souvent des flèches, ou des points.
– L’élément « test », qui subit la déformation. Ce sont généralem
Exemple 1
Il semblerait que les droites ne sont pas de mêm
éléments « tests », et les flèches, qui créent des effets de profondeur ou de raccourcissement, sont
les éléments « inducteurs ».
Exemple 2
Sur cette image, le rond rouge de gauche paraît plus gros que celui de droite, alors qu’ils sont
identiques. Cela est dû à la taille des ronds bleus.
INTRODUCTION A LA VISION HUMAINE
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Ces illusions, concernent les images créées à partir de figures géométriques, pouvant être simples,
Ces illusions donnent lieu à des erreurs d’interprétations, de dimensions, de
et d’estimations. Les illusions géométriques sont caractérisées par deux
», qui provoque la déformation. Ce sont souvent des flèches, ou des points.
», qui subit la déformation. Ce sont généralement des droites ou des flèches.
Il semblerait que les droites ne sont pas de même longueur, et pourtant, si.
», et les flèches, qui créent des effets de profondeur ou de raccourcissement, sont
Sur cette image, le rond rouge de gauche paraît plus gros que celui de droite, alors qu’ils sont
identiques. Cela est dû à la taille des ronds bleus. Autour du cercle de gauche, les ronds bleus sont
Ces illusions, concernent les images créées à partir de figures géométriques, pouvant être simples,
Ces illusions donnent lieu à des erreurs d’interprétations, de dimensions, de
es illusions géométriques sont caractérisées par deux
», qui provoque la déformation. Ce sont souvent des flèches, ou des points.
ent des droites ou des flèches.
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», et les flèches, qui créent des effets de profondeur ou de raccourcissement, sont
Sur cette image, le rond rouge de gauche paraît plus gros que celui de droite, alors qu’ils sont
Autour du cercle de gauche, les ronds bleus sont
CHAPITRE 2 : INTRODUCTION A LA VI
de petite taille, ainsi, il semble énorme par rapport à eux, alors que les ronds bleus autour du cercle
de droite sont ont un diamètre supérieur au sien. Ainsi, il semble de petite taille.
Les illusions de contraste
Les illusions de contraste sont très
du système visuel chargé d’établir les contrastes entre les différents objets, ainsi que les différences
d’ombres et de lumière.
Exemple 1
Tous les cylindres sont de la même couleur !
Exemple 2
Les bandes grises sont de la même couleur !
INTRODUCTION A LA VISION HUMAINE
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taille, ainsi, il semble énorme par rapport à eux, alors que les ronds bleus autour du cercle
de droite sont ont un diamètre supérieur au sien. Ainsi, il semble de petite taille.
Les illusions de contraste sont très nombreuses, et peuvent impressionner. Elles exploitent la partie
du système visuel chargé d’établir les contrastes entre les différents objets, ainsi que les différences
Tous les cylindres sont de la même couleur !
Les bandes grises sont de la même couleur !
taille, ainsi, il semble énorme par rapport à eux, alors que les ronds bleus autour du cercle
nombreuses, et peuvent impressionner. Elles exploitent la partie
du système visuel chargé d’établir les contrastes entre les différents objets, ainsi que les différences
CHAPITRE 2 : INTRODUCTION A LA VISION HUMAINE
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Les illusions artistiques
Les illusions artistiques sont assez proches des illusions de couleurs, et exploitent elles aussi la partie
de notre cerveau chargée du mélange des couleurs, et de contraster les images. Mais en plus, elles
sont caractérisées par la double interprétation possible d’un tableau.
CHAPITRE 2 : INTRODUCTION A LA VISION HUMAINE
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Les illusions de mouvements
Ce sont les cellules rétinales, les cônes et les bâtonnets, qui nous donnent ce sentiment de
mouvement. Les substances photosensibles qu’elles contiennent mettent un certain temps à se
décomposer. Il y a donc un décalage infime entre le moment où la lumière parvient au fond de l’œil,
et celui où le message nerveux est transmis au cerveau. C’est l’addition de tous ces messages qui
parviennent au cerveau en décalage qui produit un effet de mouvement.
CHAPITRE 2 : INTRODUCTION A LA VISION HUMAINE
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Test 1 : Perception visuelle et interprétation
Regarder l'image et prononcer à haute voix la couleur et non pas le mot.
Le temps nécessaire à l'identification de la couleur est beaucoup plus long lorsque le mot est
incongruent (le mot "bleu" écrit en "rouge") que lorsque le mot est congruent (le mot "rouge" écrit
CHAPITRE 2 : INTRODUCTION A LA VISION HUMAINE
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en rouge). Ceci est du à un effet d'interférence, ou effet Stroop, provoqué par la lecture automatique
du mot.
Test 2 : Perception visuelle et interprétation
Lire le texte rapidement.
Chez un lecteur entraîné un mot est analysé dans son ensemble, comme une entité, et non syllabe
par syllabe ou lettre par lettre. Contrairement pour un enfant qui apprend à lire.
La théorie de Gestalt
Une théorie selon laquelle les processus de la perception et de la représentation mentale
traitent spontanément les phénomènes comme des ensembles structurés (les formes) et
non comme une simple addition ou juxtaposition d'éléments
C’est une théorie psychologique, philosophique et biologique qui touche la perception et la
cognition. La théorie de Gestalt regroupe un ensemble de lois qui agissent en même temps
et sont parfois contradictoires.
– La loi de bonne continuité
Nous percevons les points rapprochés d’abord dans une continuité, comme des
prolongements les uns par rapport aux autres.
– La loi de proximité
Nous regroupons les points d’abord les plus proches les uns des autres.
CHAPITRE 2 : INTRODUCTION A LA VISION HUMAINE
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– La loi de similitude
Si la distance ne permet pas de regrouper les points, nous nous attacherons ensuite à
repérer les plus similaires entre eux pour percevoir une forme/groupe. ex. icônes similaires
pour l'organisation visuelle et la reconnaissance (forme, taille, couleur)
– La loi de clôture
Nous avons la tendance d’«éprouver» les éléments que nous ne percevons pas par notre
organe sensoriels afin de compléter une figure régulière (c'est-à-dire augmenter la
régularité). Exemples : bordures explicites ou implicites
– La loi de destin commun
Des parties en mouvement ayant la même trajectoire sont perçues comme faisant partie de
la même forme ou groupe. Exemple : si on sélectionne quelques icônes, puis on les fait
glisser, les copies de tous les icônes sélectionnées sont déplacés ensemble.
– Figure et fond
La perception consiste en une distinction de la figure (cible) sur le fond (contexte) graphique.
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