Comment se forme un mirage ?

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réponse simple

Réponse simple :

Les mirages sont des phénomènes optiques bien réels qui ont lieu dans des circonstances particulières1.

La forme la plus courante est le mirage chaud, ou mirage inférieur2, qui se produit lorsque la température du sol est très élevée (désert, route goudronnée,…) et donne l’impression d’une flaque d’eau.

 

Un mirage chaud sur une route de campagne
Un mirage chaud sur une route de campagne

L’air chaud étant moins dense que l’air froid, il se forme une couche à proximité du sol où la lumière passe plus facilement. Les rayons lumineux provenant du ciel et des objets surplombant la route sont alors déviés par cette différence de densité : ils effectuent une courbe vers le bas au lieu de continuer tout droit3.

 

Formation d'un mirage chaud par la réfraction de la lumière

Lorsque nos yeux (ou un appareil photo) reçoivent finalement ces rayons, ils les interprètent comme s’ils étaient rectilignes, d’où l’impression qu’ils proviennent du sol. Un reflet fantôme de ces éléments nous apparait donc par terre au loin en conséquence de cette déformation optique.

 

Comme il s'agit d'un phénomène optique, le mirage semble s'éloigner à notre approche (© IS)


réponse avancée

Réponse avancée :

Les mirages sont des phénomènes bien réels qui se produisent dans des circonstances particulières. Il ne s’agit donc pas d’illusions provoquées par notre cerveau, mais de déformations optiques découlant des propriétés de la lumière1.

On distingue couramment deux types de mirages2 :

- les mirages chauds, ou inférieurs, qui se produisent lorsque la température du sol est élevée (désert, route,…) et provoquent l’apparition de flaques d’eau.

 

Un mirage chaud sur une route de campagne
Un mirage chaud sur une route de campagne

- les mirages froids, ou supérieurs, qui se produisent dans le cas inverse (banquise, océan arctique,…) et donnent l’impression que les objets se reflètent dans le ciel.

 

Un mirage froid sur l'océan
Mirage froid dédoublant un paquebot (source)

Dans de rares cas, ces situations peuvent se combiner pour former des variations optiques particulières appelées Fata Morgana, ou Fata Bromosa4.

 

Les Fatas résultent de combinaisons de mirages chauds et froids
Une Fata Bromosa, résultant  de différents courants chauds et froids (source)

Ces situations sont toutes deux induites par une forte variation de la température de l’air au-dessus du sol (au moins 3°C par mètre)6. Comme l’air chaud est moins dense que l’air froid (dû à l’agitation thermique), il se forme des couches à partir du sol.

Selon le principe de Fermat, la lumière emprunte toujours le trajet le plus court, mais d’un point de vue temporel uniquement. Ainsi, pour aller d’un point à l’autre dans un milieu homogène, les rayons se déplacent en ligne droite. Toutefois, si le milieu change, comme par exemple entre l’air et l’eau, la lumière effectuera un chemin plus important dans la phase la moins dense, d’où l’apparition d’une déformation optique7.

 

Les rayons lumineux doivent traverser différents milieux, ce qui induit une défrmation optique
La baguette semble brisée car les rayons lumineux sont réfractés en changeant de milieu

Cette observation peut être quantifiée avec la loi de Snell-Descartes 5 :

Loi de réfraction de la lumière entre deux milieux
Loi de réfraction de la lumière vue sous forme de rayon

Où n1 et n2 sont les indices de réfraction attribués aux milieux en fonction de leur capacité à ralentir les rayons lumineux. On peut donc déduire l’angle de la lumière après passage du dioptre (séparation entre les deux milieux).

Dans le cas des mirages, le phénomène est similaire. Les couches d’air de densité différente vont dévier les rayons lumineux du côté le moins dense en formant une courbe3.

 

Formation d'un mirage chaud par la réfraction de la lumière

Formation d'un mirage froid par la réfraction de la lumière

Lorsque le rayon arrive à un certain angle limite, il est alors réfléchi (changement d’incurvation) et à nouveau réfracté jusqu’à nos yeux.

 

Réfraction de la lumière par les différence de densité de l'air
Lorsque le sinus de l'angle du rayon incident s'approche de 1, il se produit une réflexion totale

En recevant cette lumière déviée, nos yeux (ou une caméra) retranscrivent alors une image en prolongeant la direction d’incidence des rayons. Nous percevons donc le reflet fantôme des objets lointains et du ciel, phénomène optique qui s’estompe à notre approche à cause du changement d’angle de vue.

 

Le mirage n'est visible que sous un certain point de vue (© IS)


Sources

Sources internet

(1) http://fr.wikipedia.org/wiki/Mirage

(2) http://tpemirages.e-monsite.com/rubrique,sommaire,998638.html

(3) http://ophtasurf.free.fr/mirages/mirages.htm

(4) http://tpemiragesg3.free.fr/fata.htm

(5) http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9fraction

(6) http://tpemirages.e-monsite.com/rubrique-1012212.html

(7) http://tpemiragesg3.free.fr/formation.htm

--> voir ici pour les sources bibliographiques

Commentaires   

+2 #2 intra-science 03-12-2016 07:44
Citation en provenance du commentaire précédent de lucie vilamajo :
comment expliquer le mirage d'une oasis en plein désert ? ce n'est plus le reflet d'un objet existant réellement puisqu'il n'y a que du sable autour ..

Il y a le ciel proche de l'horizon ;-)
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+1 #1 lucie vilamajo 03-12-2016 04:52
comment expliquer le mirage d'une oasis en plein désert ? ce n'est plus le reflet d'un objet existant réellement puisqu'il n'y a que du sable autour ..
Merci
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