L’illusion de la lune : pourquoi la lune semble si bizarrement énorme tout près de l’horizon

Vous avez déjà remarqué que la lune semble parfois absolument gigantesque lorsqu’elle est tout près de l’horizon ?

Vous n’êtes pas seul. L’illusion de la lune est peut-être l’illusion d’optique la plus connue au monde, et on y réfléchit depuis des milliers d’années. Il existe en fait des enregistrements de Babyloniens et de Grecs anciens débattant de la raison pour laquelle l’illusion se produit.

Nous savons que la lune ne prend pas réellement plus de place dans le ciel lorsqu’elle est proche de l’horizon – elle en a juste l’air pour les yeux humains. Mais malgré tous les efforts déployés pour comprendre l’illusion, nous ne savons toujours pas vraiment pourquoi notre cerveau perçoit la lune comme plus grande lorsqu’elle est près de l’horizon.

« Les gens cherchent une réponse simple et facile à comprendre », explique Donald Simanek, un physicien qui s’intéresse depuis longtemps à l’illusion de la lune. « Mais la réponse réside dans le fonctionnement du cerveau humain, que nous ne maîtrisons que très peu. »

Récemment, certains neuroscientifiques ont même commencé à utiliser des études IRM pour comprendre ce qui se passe. Bien que leurs travaux n’aient pas résolu l’illusion de la lune, ils l’éclairent un peu – et pourraient même révéler un peu des processus que le cerveau humain utilise pour interpréter les informations visuelles.

L’illusion de la lune déconcerte les gens depuis des milliers d’années

Aristote croyait que l’atmosphère terrestre grossissait la lune lorsqu’elle est proche de l’horizon, ce qui la fait paraître plus grosse – mais nous avons appris depuis qu’il avait tort. L’effet de diffusion de l’atmosphère fait parfois apparaître la lune en orange ou en rouge, mais il ne modifie pas la taille apparente de la lune.

À l’aide d’un instrument appelé théodolite, les astronomes peuvent déterminer que la pleine lune moyenne a une largeur d’environ 0,52° (une petite fraction des 360° qui composent le ciel entier) et ne change pas au cours d’une nuit. Si la taille apparente d’une pleine lune peut varier d’un cycle à l’autre (car l’orbite de la lune autour de la Terre est légèrement elliptique, ce qui la rapproche et l’éloigne de nous), la lune d’une nuit donnée occupe à peu près la même proportion du ciel, où qu’elle se trouve.

Vous pouvez le confirmer vous-même, en tendant une règle à bout de bras et en mesurant la lune au cours d’une nuit. L’analyse minutieuse des photos de la lune lorsqu’elle se lève montre également qu’elle ne change pas.

En fait, s’il y a quelque chose, les mesures montrent que la lune prend en réalité un peu moins de place dans le ciel lorsqu’elle est à l’horizon (environ 2 % de moins, pour être précis). C’est parce qu’elle est vraiment légèrement plus éloignée de nous. Lorsque la lune est directement au-dessus de nous, nous la voyons à partir de la distance qui la sépare de la Terre, mais lorsqu’elle est à l’horizon, nous regardons à travers un rayon supplémentaire de la Terre :

Donc Aristote avait tort. La Terre ne semble pas plus grande à cause du ciel. Au contraire, tout est dans notre esprit.

Des recherches récentes sur l’IRM l’ont confirmé. Une étude de 2006 a reproduit une illusion très similaire en laboratoire et a constaté qu’un objet perçu comme étant plus grand et plus éloigné (illustré à gauche) produisait une plus grande zone d’activation dans la carte visuelle du cerveau que le même objet perçu comme étant plus proche et plus petit (illustré à droite) – même s’ils ont exactement la même taille :

L’objet à gauche (comme la lune à l’horizon) n’est en réalité pas plus grand – mais notre cerveau le perçoit quand même comme plus grand.

Pourquoi voir la lune à l’horizon pourrait tromper notre cerveau

Depuis Aristote, les gens ont émis des dizaines d’hypothèses concurrentes. La plus importante concerne la façon dont notre cerveau calcule la taille des objets à différentes distances.

L’idée est que notre cerveau compense en quelque sorte la distance perçue. Par exemple, lorsqu’une voiture s’éloigne de vous, la partie de votre champ visuel qu’elle occupe devient de plus en plus petite, mais vous savez que la voiture ne rétrécit pas réellement. Votre cerveau concilie sa distance avec sa taille apparente, de sorte que la voiture semble de la même taille lorsqu’elle s’éloigne.

Cela devient plus délicat lorsque nous regardons des objets vraiment très éloignés, car nous ne pouvons pas percevoir précisément la profondeur à de si grandes distances. Ainsi, si nous percevons la lune à l’horizon comme plus éloignée qu’au sommet du ciel, ce même mécanisme pourrait nous faire croire qu’elle semble plus grosse qu’elle ne l’est en réalité.

« Si vous estimez que la distance entre vous et la lune est plus grande, le cerveau effectue un calcul et décide que l’objet doit également être plus grand pour remplir le même espace », explique Ralph Weidner, un neuroscientifique allemand qui a récemment utilisé des expériences d’IRM pour étudier cette illusion.

Il y a eu quelques hypothèses pour expliquer pourquoi la lune pourrait sembler plus éloignée à l’horizon qu’ailleurs. Certains suggèrent que c’est parce que nous percevons le ciel comme un dôme aplati, plutôt que comme un hémisphère parfait (peut-être parce que nous sommes habitués à le voir rempli par une couverture nuageuse plate et relativement faible).

D’autres proposent que c’est parce que la plupart du temps, lorsque nous voyons l’horizon, il y a de grands objets (disons des champs ou des montagnes) au premier plan. « Nous ne sommes pas doués pour juger de la distance de l’horizon, nous devons donc nous fier à notre expérience accumulée, c’est-à-dire à notre connaissance de la taille d’une montagne, explique Simanek. Nous savons que les montagnes sont énormes, donc l’horizon doit être éloigné.

Dans les deux cas, cependant, il y a un gros problème avec cette explication. Lorsque vous interrogez les gens sur la lune géante à l’horizon, ils disent généralement qu’elle semble plus proche que d’habitude, plutôt que plus éloignée. Si l’explication de la compensation cérébrale de la distance était vraie, vous vous attendriez à ce que les gens disent le contraire – qu’elle semble plus éloignée.

Les IRM ont révélé une nouvelle explication de l’illusion de la lune

Plus récemment, d’autres chercheurs ont mis en avant une version actualisée de cette explication pour résoudre ce problème. Cette nouvelle explication s’appuie sur des recherches neuroscientifiques récentes qui indiquent que notre cerveau possède deux systèmes de base pour traiter les informations visuelles : un qui détermine quel objet vous regardez (appelé le courant ventral) et un autre qui détermine où se trouve l’objet (appelé le courant dorsal). Chacun d’entre eux correspond à différentes zones du cerveau.

La nouvelle hypothèse postule que ces deux systèmes fonctionnent en séquence pour produire l’illusion de la lune. Le courant ventral effectue le processus décrit dans l’ancienne explication : il voit la lune comme étant vraiment très éloignée, donc il la redimensionne et la fait paraître énorme.

Puis le courant dorsal détermine où se trouve la lune. « Il pense : ‘Ah, elle est plus grande que d’habitude, donc elle doit être plus proche' », explique Weidner.

Weidner et ses collègues ont testé cette idée en plaçant des personnes dans une machine IRM et en utilisant des lunettes 3D pour leur montrer l’illusion de la lune – ainsi qu’une autre illusion qui fonctionne à peu près de la même manière que la théorie.

Dans celle-ci, un cercle semble se rapprocher ou s’éloigner, mais il est calibré pour occuper le même pourcentage du champ de vision tout le temps. Quoi qu’il en soit, les gens ont rapporté avoir vu le cercle comme plus grand lorsqu’il semblait s’éloigner, tout comme la lune.

Les chercheurs ont constaté des activations dans les mêmes zones du flux ventral du cerveau dans les deux cas, par rapport à des expériences de contrôle où aucune illusion n’était impliquée. Ce n’est pas une preuve ferme que l’illusion de la lune peut être entièrement expliquée par cet effet de taille-distance, mais cela suggère qu’il est impliqué.

Mais il y a des tonnes d’autres explications possibles pour l’illusion

Pour autant, il y a beaucoup d’autres idées pour expliquer l’illusion de la lune – et il y a un débat continu parmi les scientifiques pour savoir lesquelles sont les plus convaincantes.

Une hypothèse note que la plupart du temps, lorsque la lune est à l’horizon, elle se trouve directement derrière des objets beaucoup plus petits et plus détaillés, comme des arbres ou des bâtiments. Cela la fait paraître plus grosse par comparaison. En revanche, lorsqu’elle est en haut dans le ciel, elle est entourée d’une vaste étendue d’obscurité, ce qui la fait paraître plus petite.

Ce genre d’effet peut être observé dans cette image célèbre, appelée l’illusion d’Ebbinghaus : le cercle orange de droite semble plus grand, même si les deux cercles orange ont la même taille.

Un problème avec cela est que l’illusion de la lune peut se produire même lorsqu’il n’y a pas d’objets plus petits devant elle – les pilotes, par exemple, disent voir une lune gigantesque près de l’horizon lorsqu’ils sont en vol. Même ainsi, cet effet plus grand par comparaison pourrait parfois être un facteur qui exagère une illusion préexistante.

D’autres suggèrent que l’illusion de la lune pourrait en fait être causée par la façon dont nos yeux se concentrent physiquement sur des objets à différentes distances. S’il arrive que nos yeux se focalisent sur un point plus proche que l’objet en question, cela peut faire paraître l’objet plus petit (une condition connue sous le nom de micropsies).

Donc, par exemple, lorsque la lune est haute dans le ciel, il n’y a pas d’objets proches pour servir de repères, indiquant à nos yeux où se concentrer. Dans ce cas, nos yeux font par défaut ce qu’on appelle une « mise au point de repos », en se concentrant sur un point situé à quelques mètres. La lune paraît alors plus petite. En revanche, lorsque la lune est à l’horizon, tous les bâtiments et les montagnes qui se trouvent devant elle rappellent à nos yeux de se concentrer plus loin, éliminant en partie l’effet de la microsie et faisant paraître la lune plus grande par comparaison.

Pour autant, Simanek et d’autres soutiennent que cela aussi ne peut expliquer qu’un petit pourcentage de l’illusion de la lune. Pendant ce temps, il y a encore plus d’explications possibles que celles énumérées ici, toutes avec divers avantages et inconvénients.

Ce qui est le plus fascinant, c’est que l’illusion de la lune – une illusion d’optique connue depuis des milliers d’années et expérimentée par des millions de personnes chaque jour – n’est toujours pas vraiment comprise ou correctement expliquée. Même si les récents travaux de Weidner avec l’IRM suggèrent que l’explication taille-distance a du mérite, il affirme qu' »aucune des explications données jusqu’à présent n’est complète. »