Comment le dentiste à ne jette pas d’ombre avec votre main dans la bouche du patient ? La réponse est la lampe spéciale qu’il utilise, la lampe chirurgicalele même qui est également utilisé dans les salles d’opération. C’est une lampe capable de neutraliser l’ombre de l’obstacle placé entre la source lumineuse et le champ opératoire.
Mais comment une lampe ne projette-t-elle pas d’ombre ? Voyons l’idée de base de son fonctionnement : il s’agit d’une question géométrique de superposition de faisceaux lumineux et d’ellipsoïdes.
Le principe de base de la lampe chirurgicale est simple : au lieu d’éclairer le champ opératoire (la zone où l’opération doit être pratiquée) avec une seule source lumineuse, on l’éclaire avec de nombreux faisceaux de lumière venant de différentes directions. Expliquons mieux, imaginons éclairer la zone concernée avec une seule lampe, dans ce cas la main du dentiste (ou tout autre obstacle), qui doit s’approcher pour opérer, créerait une ombre rendant l’opération difficile.
Imaginons maintenant ajouter d’autres lampes qui éclairent la zone affectée par plusieurs directions contourner, en un certain sens, l’obstacle : la zone d’ombre créée par l’obstacle par rapport à la première lampe est éclairée par les faisceaux lumineux produits par les autres lampes et l’ombre disparaît.
Dans les lampes chirurgicales actuelles, les faisceaux lumineux individuels sont généralement constitués de plusieurs petits faisceaux. LED disposée sur une partie du capuchon, cependant dans le passé, au lieu de nombreuses petites sources lumineuses, une seule lampe (généralement halogène) était utilisée qui pointait vers un capuchon qui réfléchissait la lumière vers le champ opératoire. Mais comment contrôler la lumière d’une seule lampe en la concentrant en un seul point et éliminer les ombres ?
Le secret réside dans l’utilisation de miroirs incurvésgénéralement en forme ellipsoïde, une figure géométrique particulière qui permet de contrôler la direction des rayons lumineux. Un ellipsoïde n’est rien de plus qu’une sphère allongée (ou aplatie selon votre point de vue) et se caractérise par deux points à l’intérieur, appelés les incendies qui jouissent de la propriété particulière suivante :
si un miroir a la forme d’un ellipsoïde, et que l’on allume une ampoule placée dans l’un des deux foyers, tous les rayons lumineux qui sortent de l’ampoule aboutissent dans l’autre foyer.
Nous avons représenté cette propriété dans l’image ci-dessous en traçant une section d’ellipsoïde : les rayons qui partent du foyer en haut sont réflexes et ils se concentrent tous dans le feu en dessous.
La propriété fonctionne aussi si l’on prend une portion d’un ellipsoïde, et c’est justement l’idée des premières lampes chirurgicales : si l’on place une lampe dans un foyer d’un miroir en forme d’ellipsoïde les rayons de lumière réfléchis sont tous concentrés dans le deuxième foyer qui peut être positionné, en déplaçant et en réorientant la lampe, précisément dans la zone où il faut intervenir.
De cette façon, nous obtenons le même effet d’annulation des ombres que celui que nous avons vu précédemment : si un obstacle intercepte certains rayons de lumière provenant du miroir, il y aura toujours tous les autres rayons qui annuleront l’ombre, comme si le miroir était composé de plusieurs sources lumineuses toutes dirigées vers un seul point, le foyer de l’ellipse, qui doit être placé directement dans le champ opératoire.