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01 août 2017

Les Illusions d'Optique

Entre illusions et curiosités, entre l'incompréhensible et l'impossible ?!...
 
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Des illusions surprenantes, effrayantes, rares, grotesques, agréables et perfides accompagnent notre vie. Peintres et poètes, savants et charlatans, enseignants et politiciens ont émis un champ infini de souhaits, de rêves, d'espoirs et de déceptions, par plaisir ou dans l'intention de faire peur, pour enseigner ou au contraire pour dérouter. Mais tous, même les plus grands artistes, les mystificateurs les plus raffinés et les trompeurs les plus rusés sont pris dans le filet des illusions dans lesquels nos organes des sens nous entraînent.

Elephant.jpgJ'espère pour vous que vous ne croyez pas que ce que vous voyez !...

 


Les sens et les organes sensoriels

Les sens sont les agents de la perception sous toutes ses formes. Ils nous renseignent aussi bien sur le monde extérieur (sens objectifs) que sur l'état de notre propre corps (sens subjectifs). La vue - l'un des cinq sens avec l'ouïe, l'odorat, legoût, le toucher - est ce que l'on peut appeler un sens externe. Pour voir, l'être humain possède un organe hautement spécialisé: l'oeil. Il est destiné à la perception d'un phénomène bien particulier et qui lui est spécifique: la lumière.

 

oeil1.jpgLe nerf optique transmet l'excitation sensorielle provoquée par la lumière au cerveau où ce message est recueilli et décodé. Une sensation n'est somme toute rien d'autre que la perception d'un changement de l'état du système nerveux lui-même. L'être humain transpose ensuite instinctivement dans le monde extérieur ce qu'il a reçu; il attribue, par exemple, la couleur qu'il perçoit à une chose existant objectivement. Les organes des sens permettent à l'être humain le contact avec le monde extérieur. Ils sont tous constitués selon le même principe : les cellules sensorielles sont reliées aux fibres nerveuses qui vont vers l'intérieur. Au fond, ces organes sont tout simplement l'aboutissement des nerfs sensibles qui transmettent les impressions au cerveau. Celui-ci ordonne ensuite le message transmis et l'évalue.

Par rapport à sa taille, aucun organe du corps humain n'est constitué de façon aussi complexe que l'oeil. Si l'on forme un cercle enjoignant le pouce et l'index, on obtient à peu près le diamètre de cet organe qui peut enregistrer un million et demi d'impressions à la fois. L'oeil se meut plus de cent mille fois en une journée, pour recevoir l'afflux des ondes lumineuses.

oeil2.jpgSi l'on songe que quatre-vingts pour cent de toutes les impressions sensorielles perçues par l'homme sont de caractère optique, l'on comprend que l'oeil fournit un rude effort. Six petits muscles, très efficaces, effectuent le travail mécanique. A titre de comparaison, si on le transposait à d'autres groupes de muscles du corps, disons aux muscles des jambes, le travail des muscles des yeux équivaudrait pour les jambes à un double marathon. Les mouvements des yeux, l'une des conditions primordiales de la vision, sont des processus absolument merveilleux. Gros comme une balle de ping-pong, le globe oculaire est mû par des muscles rattachés à la paroloculaire osseuse. Leur activité est nécessaire afin que l'homme puisse percevoir les objets qui se trouvent à différents endroits de l'espace, de façon qu'ils se trouvent reproduits avec netteté au bon endroit de la rétine. Grâce aux muscles, l'oeil peut s'orienter vers le haut, vers le bas, à gauche, à droite, ou rouler - le globe oculaire tourne par conséquent sur un axe continu de l'avant à l'arrière - il peut légèrement sortir de l'orbite ou au contraire s'y enfoncer. Les mouvements de l'oeil s'effectuent tous sur un point de rotation situé légèrement an retrait du milieu du globe oculaire.

 

Six muscles seulement desservent l'oeil humain. Ce nombre limité suffit à mouvoir les deux globes oculaires de telle façon qu'une image puisse apparaître en même temps sur la rétine des deux yeux, indépendamment de la direction du regard et de la distance de l'objet. Les six muscles de chaque oeil travaillent simultanément deux à deux : le droit externe et le droit interne déplacent l'oeil vers la droite ou vers la gauche. Le droit supérieur et le droit inférieur ainsi que les deux obliques dirigent l'oeil vers le haut ou vers le bas et ils lui impriment également le mouvement de rotation. Le travail simultané des yeux est d'une importance capitale pour la vision. Faites un petit essai devant votre miroir. Si vous levez un oeil, l'autre regarde automatiquement en haut; il est impossible de l'abaisser. De plus, si un oeil se tourne vers l'extérieur, l'autre se tourne parallèlement vers l'intérieur; les deux yeux ne peuvent pas être dirigés en même temps vers l'extérieur. En revanche, diriger les deux yeux vers l'intérieur est possible. Fixez un objet avec les deux yeux ! Plus l'objet se rapproche et plus vous louchez. Pour surmonter l'épreuve harassante et quotidienne de la vue, les yeux se répartissent judicieusement le travail : tantôt c'est l'oeil gauche qui enregistre quatre-vingt-dix pour cent des impressions, et tantôt c'est l'oeil droit. Durant les phases de repos, l'oeil soulagé ne travaille qu'à dix pour cent de sa capacité et par conséquent se repose.

Comment fonctionne l'oeil

oeil3.jpgL'oeil humain se compose du globe, qui équivaut à une lentille dans un appareil optique, ainsi que de toute une série d'organes qui lui sont rattachés: les paupières, la conjonctive, la glande lacrymale, les muscles et les nerfs ainsi que le nerf optique qui se trouve derrière le globe et se prolonge jusque dans le centre de vision du cerveau. On peut comparer l'oeil à un appareil de photo. Lorsque les rayons lumineux atteignent la cornée et la pénètrent, ils sont fractionnés une première fois.Ensuite, ils passent par l'humeur aqueuse de la chambre antérieure et parviennent au cristallin et au corps vitré. Le cristallin capte l'afflux de lumière qui, après avoir traversé le corps vitré, atteint la rétine. Cette dernière constitue l'enveloppe la plus interne des trois peaux du globe oculaire; elle porte les cellules visuelles proprement dites et passe par-dessus le nerf optique. L'image qui se forme sur la rétine est dirigée sous forme d'impulsions vers le centre visuel du cerveau (voir dessin ci-dessus).

 

La surface rétinienne n'est que de cinq centimètres carrés sur lesquels sont répartis environ 130 millions de cellules sensibles à la lumière. Plus leur réseau est dense, meilleur est le pouvoir séparateur naturel. Pour cela, l'homme possède 166 000 cellules au centimètre carré. A titre de comparaison, le busard en possède même plus d'un million.

L'oeil est capable de percevoir les couleurs, ou plus précisément les différentes longueurs d'onde de la lumière, en tant que différents stimuli. Ce sont les cellules de la rétine qui font ce travail. Pour la perception du clair-obscur (crépuscule), la rétine possède encore quelque 123 millions de cellules, et cela sur une surface totale de cinq centimètres carrés seulement.

L'oeil distingue non seulement les différences d'intensité de la lumière, mais encore il perçoit séparément les rayons lumineux émanant de chacun des points des objets. De ce fait, il nous est possible de saisir la forme des objets : les images provenant de l'objet émettant de la lumière sont perçues par la rétine. Elles sont réduites et inversées. Tout ce qui se trouve à droite sur l'objet se trouve à gauche sur la rétine. Mais si l'image est inversée sur la rétine, pourquoi donc voyons-nous l'objet à l'endroit ? Eh bien! simplement parce que le nerf optique transmet cette perception au cerveau, qui redresse et interprète l'image reçue
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VisageSaxo.jpgAfin que les objets rapprochés soient perçus avec acuité sur la rétine, des muscles peuvent accentuer la courbure du cristallin. L'oeil ne peut voir des objets qui se trouvent à des distances différentes avec une égale acuité. Un simple essai en fournit la preuve. Tenez un voile transparent à une distance d'environ 40 centimètres. Derrière se trouve une inscription, à environ cinquante centimètres. L'un après l'autre, vous verrez distinctement la trame du voile puis les lettres du mot. En aucun cas, cependant, vous ne verrez les deux à la fois. En plus de cela, l'oeil a encore la capacité de s'adapter à différentes intensités de lumière en modifiant l'ouverture de la pupille. A cet effet, l'iris, dont la section centrale constitue la pupille, possède deux muscles; le premier élargit, le second rétrécit la pupille. L'iris réagit très vivement à la lumière. La pupille se contracte lorsque la lumière augmente et se dilate lorsque celle-ci diminue. L'appareil optique de l'oeil, s'il fonctionne magnifiquement, présente également de nombreuses lacunes. Ces insuffisances, associées à des fautes de transmission entre l'oeil et le cerveau ainsi qu'une fausse interprétation du cerveau, expliquent pourquoi il y a des illusions d’optique.

Dans l'oeil se trouve ce que l'on appelle le point aveugle (tache de Mariotte). C'est ainsi que l'on nomme l'emplacement où le nerf optique sort de la rétine. Comme la rétine ne peut avoir à cet endroit de cellules sensibles à la lumière, il n'y a donc aucune perception lumineuse. La tache aveugle a un diamètre d'environ 1,5 à1,7mm.

Regardez l'image au-dessus...que voyez vous ?...le visage d'une femme, un saxophoniste, ou les deux !...

Les illusions des sens

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Ce que vous voyez ci-dessus est une spirale déconcertante. Sa dénomination prète à confusion, car, en fait, il ne s'agit pas du tout d'une spirale, mais d'une suite de cercles concentriques. Vous pourrez le vérifier aisément à l'aide d'un compas. L'effet de spirale est produit par les lignes noires épaisses en forme de spirale. Comment est-ce possible? Que se passe-t-il lors d'une telle illusion d'optique? Les illusions des sens apparaissent quand l'impression ne correspond pas à la réalité. Les illusions sensorielles considérées comme normales - donc sans origine pathologique - sont, dans la structure et la fonction de l'organe sensoriel, créées de même manière que dans les processus psychiques auxquels les impressions sensorielles sont reliées pour y être perçues. De ce fait, elles sont des apparitions régulières et non exclues de chaque perception sensorielle.Pour la plupart des illusions d'optique, il ne s'agit à vrai dire pas du tout de véritables illusions, mais au contraire d'illusions qui se créent du fait de l'interprétation par habitude d'un objet - une interprétation qui ne joue pas dans le cas particulier, qui se révèle fausse. L'impression de l'organe de la vision, donc l'enregistrement optique, est malgré tout exact; c'est seulement dans le cerveau que se produit l’illusion.

Il a déjà été question de l'oeil déficient. Par exemple, des erreurs dans des illustrations géométriques qui deviennent des étoiles (subjectives) à partir de points (objectifs) à cause de l'insuffisance du cristallin.

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Approchez-vous jusqu'à ce que votre nez touche l'écran. Les deux parties du pont se rejoindront.


Les contrastes
 

Si l'on interroge cent personnes en leur demandant ce qu'elles entendent par "contraste", quatre-vingt-deux répondent: "Clair-sombre." Visiblement, on assimile les différences de luminosité et également de couleur à l'idée que l'on se fait du contraste. Il existe aussi ce que l'on nomme le contraste psychologique. On entend par là l'influence mutuelle de sensations optiques qui survient lorsque des excitations lumineuses d'intensité ou de couleur différente frappent les mêmes cellules de la rétine simultanément ou l'une après l'autre dans un intervalle très bref. C'est ainsi qu'une tache claire apparaît encore plus claire dans un environnement sombre et inversement.

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Pour illustrer cette affirmation, faisons deux petits essais: deux pommes noires sont représentées, l'une sur un fond blanc et l'autre sur un fond gris. La pomme représentée sur fond blanc paraît beaucoup plus noire. Même phénomène pour les deux souris.L'une se trouve devant un fond blanc, l'autre devant un fond noir. Celle derniere paraît nettement plus claire. Pourtant, dans chacun des deux essais, la luminosité des pommes et des souris est la même. L'impression de lumière sur notre oeil dépend donc non seulement de l'intensité lumineuse de l'objet lui-même, mais encore de son environnement (contraste de surface).

 

triangle.gifObservez attentivement la figure à droite. Lequel des deux triangles est le plus clair ? Les deux sont absolument identiques. A cause du contraste de couleur, le triangle qui se trouve sur les ronds noirs paraît plus clair.A part le contraste de surface, il y a aussi ce que l'on appelle le contraste de marge qui apparaît à la limite de différentes surfaces claires.

 

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En observant une grille, on aperçoit, au croisement des bandes blanches, des points gris qui sautent. Cette illusion apparaît aussi si l'on remplace les bandes blanches par des noires.Ce phénomène, découvert il y a déjà plus de cent ans, est aussi une apparition subjective. Ici, l'on perçoit des différences de luminosité qui n'existent pas en réalité.

 

 

PERSISTANCE DE L’IMAGE, IMAGES REMANENTES

L’influence d’une excitation lumineuse sur la rétine suscite une sensation de lumière. Par inertie, il se passe un certain temps jusqu’à ce que la rétine soit excitée. D’autre part, la sensation persiste quelque temps après que l’excitation a disparu. C’est la raison pour laquelle une allumette enflammée apparaît comme un cercle de feu dès qu’on la fait tourner assez rapidement. Après chaque sensation visuelle, l’objet reste visible un court instant; on dit qu’il y a “image rémanente”.Si la sensation lumineuse a été forte, l’excitabilité de la rétine peut diminuer de façon telle que l’on perçoit une tache sombre à la place de la forme de l’objet regardé; c’est ce que l’on appelle une image rémanente négative. Fixez pendant un court instant une fenêtre avec un croisillon clair puis fermez les yeux. Dans l’image persistante, vous voyez les vitres claires et le croisillon de fenêtre sombre; l’image rémanente est conforme au modèle. Fixez maintenant une fenêtre assez longtemps, puis portez votre regard sur une paroi grise moyennement éclairée. Dans l’image rémanente, le croisillon apparaît en clair. On obtient des images persistantes positives lorsqu’on éteint une lampe la nuit. Dans la pièce assombrie, on a encore l’image de la lampe quelque temps devant les yeux.

Regardez pendant 30 secondes, en pleine lumière, l’image ci-dessous :

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Et fixez ensuite le point de droite. Vous verrez distinctement une image persistante.

 

 

 

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Fixez l’image du haut en pleine lumière durant 30 secondes et regardez ensuite celle du bas. Vous verrez une image persistante en couleur. Le fond rouge apparaît maintenant dans la couleur complémentaire verte et le visage blanc devient légèrement rosé par effet de contraste. Des images rémanentes peuvent aussi se produire en couleur.

 

 

 

 

VOIR LES COULEURS

Les couleurs des choses que l’on perçoit dépendent de la longueur d’onde que ces objets transmettent ou laissent passer. La simple lumière du soleil peut être décomposée en couleurs fondamentales rouge, orangé, jaune, vert, bleu, indigo et violet. A partir de celles-ci, on peut obtenir, par combinaison, toutes les autres couleurs. Par combinaison de couleurs, on n’entend pas ici le mélange des pigments (comme en peinture), mais plutôt la combinaison de lumières de couleurs différentes qui donnent sur la rétine l’impression d’une couleur uniforme. C’est à partir de ce principe qu’a été développée la théorie des trois couleurs de Young­Helmholtz. D’après cette théorie, toutes les couleurs peuvent être obtenues à partir de trois couleurs fondamentales, le rouge, le violet et le vert-bleu. Chaque élément rétinien possède autant de fibres nerveuses qu’il y a de couleurs fondamentales. Chacune de ces fibres ne peut être excitée que par la couleur fondamentale correspondante. Cette théorie a été rejetée par la réflexion de E. Héring qui admet le rouge, le jaune, le vert et le bleu comme couleurs fondamentales et donne la preuve que les couleurs fondamentales de Young-Helmholtz sont déjà elles-mêmes des combinaisons. Les couleurs composées proviennent (d’après Héring) des couleurs fondamentales; cependant pas plus de deux couleurs fondamentales ne peuvent être perçues dans une couleur composée. Héring ordonne six perceptions fondamentales en trois paires : blanc et noir, vert et rouge, jaune et bleu (couleurs complémentaires). La notion de perception montre clairement que la vision des couleurs est un processus physiopsychologique. (Ce que Goethe constatait déjà dans sa “Théorie des Couleurs”.) Héring explique ce processus physiologique par l’existence de substances visuelles différentes pour chaque paire de couleurs. Lorsqu’on observe un objet de couleur pendant un long moment et que l’on dirige ensuite son regard sur une surface noire ou blanche, on obtient l’image rémanente de l’objet dans la couleur complémentaire correspondante. comme les exemples précédents l’ont clairement démontré (contrastes successifs). Le “Meyers Konversationlexikon” de 1893 décrit un contraste de couleurs intéressant d’ombres colorées.

“Si l’on pose un crayon verticalement sur une feuille blanche et qu’on l’éclaire d’un côté à la lumière du soleil et de l’autre côté à la lumière d’une bougie, il en résulte deux ombres colorées, l’une par la lumière solaire blanche et l’autre par la lumière jaune de la bougie. L’ombre projetée par la lumière du soleil est éclairée par la lumière de la bougie et n’apparait pas blanche, mais bleue, ayant, par contraste, pris la couleur complémentaire de la surface éclairée par la lumière de la bougie.” Vous pouvez faire cette expérience vous-même. Veillez toutefois à ce que la lumière du soleil ne soit pas trop forte et que la bougie ait une petite flamme.Les effets de contraste sont d’autant moins perceptibles que les surfaces qui s’influencent sont petites. Pourtant, il y a des modifications de couleur: les couleurs de petites surfaces sont changées en fonction de la valeur de la couleur environnante.

Il ya donc une espèce d’illusion d’optique (effet de Bezold). Lorsque l’environnement est plus foncé que la petite surface intérieure, la couleur de celle-ci paraît également plus foncée. Et lorsque l’environnement est plus clair, la couleur parait également plus claire.Quand les surfaces deviennent si petites que l’oeil ne peut plus les distinguer, les couleurs se mélangent additionnellement. Les imprimés en plusieurs couleurs dépendent de cet effet, qui décompose les images en couleurs en de minuscules petits points colorés.

Les illusions d’optique géométriques

ligne03.jpgChacun connaît les triangles qui paraissent courbés, bien que leurs côtés soient tout à fait droits; les lignes qui paraissent de travers les unes par rapport aux autres, bien qu’elles soient parallèles; ou bien encore le carré biscornu qui se révèle pourtant géométriquement exact lorsqu’on vérifie ses côtés à l’aide d’une règle. De telles illusions d’optique géométriques se produisent souvent à la suite de la rencontre d’un dessin géometrique de base et de lignes droites ou courbes. Elles sont suscitées par la différence qui existe entre notre jugement de la propriété géométrique et les faits rééls que l’on peut vérifier au moyen d’une règle. Les Illusions d’optique se produisent relativement facilement, étant donné que l’oeil et le cerveau ne sont jamais confrontés, dans la nature, à de tels cas géométriques exceptionnels. L’’expérience, l’exercice et la capacité nous manquent pour percevoir et interpréter exactement deux dessins superposés bien marqués. Il nous est impossible de distinguer les caractéristiques de la figure du premier plan de celle de la figure de l’arrière plan.

 

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Le dessin interposé fournit en quelque sorte le décor comme les coulisses dans une piece de théatre. Depuis toujours, ces illusions d’optique géométriques ont préoccupé les spécialistes, physiciens, physiologues, psychologues. Jusqu’à présent, aucune explication satisfaisante n’a pu être fournie. Observons encore quelques phénomènes. La direction des lignes droites coupant les autres sous l’angle aigu est apparemment modifiée. Les droites parallèles paraissent courbes.

 

 

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Les illusions de dimension

La dimension apparente d’un objet est durablement influencée par d’autes objets agissant optiquement. Cette influence réciproque est valable pour des surfaces, des lignes et des angles.Un exemple connu est celui des illusions des lignes, il en existe de nombreuses variantes. Meme quand cela semble presque impossible, les lignes sont toujours d’égale longueur.

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En regardant ci-dessous, on peut voir que la ligne est tellement opprimée par l’angle qui l’enchasse qu’elle paraît plus courte.

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Les illusions de comparaison

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Un autre groupe est formé par les illusions d’optique géométriques qui sont dues à l’influence d’objets voisins. Une des plus connues est celle de la confrontation de grands et de petits cercles. Les deux cercles interieurs sont d’égale grandeur. Les deux diagonales sont également de même longueur. Probablement qu’ici on évalue faussement les angles à cause des lignes extérieures convergentes.

 

 

Pensez aux parfois très irritantes illusions de mouvement !

Il suffit de regarder certains dessins pour les voir aussitôt onduler, se déformer ou se déplacer partiellement. C’est le cas des célèbres «tapis mouvant» et «damier vibrant» à motifs géométriques répétitifs, astucieusement orientés. L’œil se fatigue très vite lorsqu’il fixe un objet intensément. Si en revanche le regard glisse, pour éviter la fixation, l’image frappe d’autres parties de la rétine. L’illusion de mouvement naît alors de ce va-et-vient du regard qui, partant d’une première portion d’images ou de motifs, se déplace malgré lui sur la seconde. Facile à observer avec de «simples» dessins en noir et blanc, le phénomène peut se faire encore plus surprenant…

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Ajoutez-y de la couleur et des cercles, et place aux illusions de rotation!

Là encore, rien à faire sinon se laisser épater - sans attraper le mal de mer ! - par ces roues et cercles qui semblent tourner sur eux-mêmes. La structure de la rétine et le fonctionnement des cellules visuelles – cônes et bâtonnets – sont directement en cause. Il y a en effet un petit laps de temps, appelé «temps de réaction», entre l’arrivée du rayon lumineux au fond de l’œil et le départ de l’influx nerveux vers le cerveau. Si les éléments du champ visuel se déplacent très rapidement, les images se superposent sur la rétine en créant une impression de changement, une véritable sensation de mouvement.

Dans les illusions de rotation, il s’agit parfois de fixer un point central et l’illusion n’est perçue que si les motifs sont vus du coin de l’œil. Dans d’autres cas, dès qu’on les regarde, les ronds se mettent instantanément à tourner : un petit miracle rendu possible par les temps de réactions, inégaux, des cônes réceptifs aux deux couleurs! Il ne s’agit donc pas plus d’erreur d’interprétation du système visuel que du cerveau, mais surtout du génie de certains dessinateurs qui ont su exploiter des illusions géométriques dans un contexte particulier! C’est le cas de Akiyoshi Kitaoka, auteurs de nombreuses et spectaculaires illusions de rotation dont «Méduses» et les fameux «Serpents tournants».

Percevoir l’espace

Les deux yeux de l’homme ont une position légèrement differente, l’un par rapport à l’autre. C’est la raison pour laquelle nous contemplons le monde extérieur de deux points de vue différents. Les deux images différentes en perspective sont reunies en une seule dans le cerveau. Pendant qu’en plus de la longueur et de la largeur une troisième dimension peut être perçue, la profondeur. Ce processus de la vision de l’espace est inconscient et davantage psychologique que physiologique. A la perception de l’objet s’ajoute la comparaison avec les expériences acquises. L’interprétation et l’évaluation influencent l’image psychologique et sa forme. Dans la vision de l’espace entrent toute une suite d’illusions qui ont des bases psychologiques. D’apres les récentes connaissances, la perception de l’espace est le seul fait d’un oeil. La participation du deuxième ne ferait qu’augmenter l’acuité et accélérer le processus de la vision.

Exercice 1 : trouvez tous les poneys qui se cachent dans cette image !...
 
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Exercice 2 : trouvez les 12 visages qui se cachent dans cette image !...
 
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C'est fini pour cette note !...;o)

A bientôt pour de nouvelles aventures

avec le Blog de l'Oeil Magique.