Mirages

Les différentes sortes de mirage :

Le mirage inférieur est un phénomène se produisant lorsque les rayons du soleil chauffent fortement le sol, réchauffant à son tour l’air situé juste au dessus de lui. Une couche d’air infiniment mince se forme alors et sa température diminue à fur et à mesure que l’on s’éloigne du sol : on dit que le gradient thermique est négatif. Moins il y a de vent, plus ces couches d’air sont marquées. Le gradient d’indice est  dit négatif car l’air chaud étant moins dense que l’air froid, l’indice de réfraction augmente à fur et à mesure que l’on s’éloigne du sol. Grâce à cela les rayons se courbent vers le haut, vers les couches d’indices plus élevés. Une variation de température de 3 °C sur une hauteur de 1 m est suffisante pour observer un tel phénomène. Progressivement les rayons provenant de l’objet vont se diriger vers le sol par réfraction jusqu’à atteindre un angle limite, ils ont alors réfléchis. C’est ce que l’on appelle la réflexion totale. Ainsi l’observateur va recevoir certains rayons, cependant l’œil humain ayant pour habitude d’observer des objets dans un milieu homogène, où les rayons se propagent en ligne droite, alors ces rayons semblent provenir du sol. On a ainsi l’impression qu’ils s’y sont réfléchis. Dans la nature, le phénomène le plus courant de réflexion est lié à une couche d’eau qui joue le rôle de miroir. L’image apparaît en dessous de l’objet réel d’où le nom de mirage inférieur.

On observe donc fréquemment des mirages inférieurs sur la route si il y a la présence d’une étendue d’eau. L’observation de ces mirages est accentuée si la surface de la route est plane et si l’on se rapproche de la flaque d’eau celle-ci recule. Il en est de même lorsque l’air se rafraîchit le soir, les rayons thermiques diminue du fait de la diminution du gradient thermique provoquant ainsi un éloignement de la flaque d’eau. L’observation d’un tel mirage dépend aussi de la hauteur de l’observateur. En effet si l’observateur se baisse, les flaques se rapprochent de lui. La forme de l’objet dépend quand à elle du gradient thermique. Si ce dernier est constant alors, la trajectoire de la lumière étant parabolique, l’image est déplacée simplement vers le bas sans subir aucune transformation. Par contre si le gradient thermique n’est pas uniforme, alors les rayons sont plus ou moins déviés donnant naissance à une image déformée, droite ou inversée. C’est ainsi que dans le désert on peut apercevoir au loin des palmiers avec leurs images inversées en dessous d’eux qui semblent se refléter sur un point d’eau. On peut aussi voir toujours dans le désert une île et son reflet dans une prétendue mer qui n’est en réalité qu’une simple colline sous le ciel avec leurs images inversées en dessous.

Pour voir de tels mirages, il faut non seulement qu’il y ait un échauffement au niveau du sol mais aussi que l’observation se fasse sur une surface plane et sur une distance importante. Ils sont ainsi visibles en été au niveau de grandes étendues planes telles qu’une prairie ou un champ, une route ou une ligne de chemin de fer mais aussi dans les déserts

http://www.islandnet.com/~see/weather/elements/infmrge.htm

Le mirage supérieur apparaît lorsque les couches d’air près du sol sont plus froides que les couches d’air supérieures. Cet évènement est particulièrement visible en hiver ou au printemps lorsqu’un vent chaud souffle du sud. En effet alors que les couches d’air supérieures sont réchauffées grâce à ce vent, les couches d’air inférieures de l’atmosphère, elles, restent froides à cause de la présence de la neige. On les retrouve fréquemment dans les régions polaires ou en mer lorsque la température de l’eau est plus faible que celle de l’air.

Comme la température près du sol est plus basse que celle plus haute dans l’atmosphère, l’air y est plus dense et l’indice de réfraction plus élevé. Ces conditions entraînent la formation d’un gradient thermique positif et d’un gradient d’indice négatif. C’est ainsi que les rayons lumineux se courbent vers le bas. Cette raison permet de justifier le fait que l’observateur voit l’image de l’objet au dessus de sa position réelle. Ceci s’explique aussi par le fait que notre œil prolonge la direction d’arrivée des rayons. C’est l’origine du nom de « mirages supérieurs ». Si le gradient thermique est plus important au dessus du sol, les rayons lumineux se retrouvent fortement déviés et l’objet se situe alors haut dans le ciel. Et si le gradient thermique augmente encore plus l’image est inversée et parfois elle se fond avec l’objet réel. A l’inverse si le phénomène n’est que peu développé, l’image inversée se trouve être réduite à une ligne horizontale. Ce que l’on voit alors correspond à la raie brillante de lumière du ciel. Quelque fois aussi c’est seulement le haut de l’objet qui apparaît plus haut que sa position réelle, l’objet nous apparaît alors déformé et agrandi.

Grâce aux mirages supérieurs des objets qui devraient nous être invisibles nous apparaissent. En effet, la terre étant courbé, nous ne pouvons percevoir qu’une partie de celle-ci limitée par la ligne d’horizon. Par exemple, à l’équinoxe, une journée est partagée en deux, 12 heures de jour et 12 heures de nuit. Grâce à ce type de mirages, on récupère 4 min de jour en plus, 2 minutes au lever du soleil et 2 minutes à son coucher. Cependant ce phénomène n’intervient pas que sur le soleil, mais aussi sur notre vision des étoiles ou sur des objets plus terre à terre. Ainsi on peut voir les Pyrénées depuis Marseille ou encore les côtes de la Corse depuis le haut de Cagnes/Mer. Certains marins peuvent apercevoir le port plusieurs jours avant leur arrivée. On peut donc dire que les mirages supérieurs sont assez fréquents dans notre quotidien.

http://www.islandnet.com/~see/weather/elements/supmrge.htm

Le nom de Fata Morgana provient d’une légende datant du temps des croisades. En effet les croisés imaginaient que les mirages  étaient l’œuvre de la fée Morgane, personnage célèbre de la légende du roi Arthur. Cette fée d’Armorique, élève de Merlin, aurait selon les dirs le pouvoir de soulever les flots et les vents afin de construire des palais dans les cieux. C’est ainsi qu’elle a donné son nom à l’un des plus incroyables mirages. On utilise aussi le terme de mirage latéral pour le nommer. Cette légende est particulièrement ancrée dans les pays européens, plus encore en Italie d’où le nom du mirage en italien.

Ce mirage est le plus complexe qui soit. On pense que des couches d’air froides ou chaudes doivent s’empiler les unes sur les autres sans se mélanger. La présence à différents niveaux de l’atmosphère de couches d’air où se produisent des variations thermiques plus ou moins brutales entraîne la formation du mirage. Cette apparition de la Fata Morgana est apparemment favorisée par la présence d’îles du fait que la terre et les roches changent de température beaucoup plus vite que l’eau. Les trajectoires des rayons sont alors imprévisibles et diversement entrelacées. On peut obtenir ainsi des combinaisons exceptionnelles de mirages supérieurs et inférieurs, où des images simultanément droites et renversées s’empilent en formant une colonne verticale. Ce mirage fait apparaître des formes comparables à des falaises, des palais de cristal ou encore des temples. Les conditions nécessaires de vision pour ce type de mirages sont quelquefois réunies dans le golfe de Botnie, entre la Suède et le Finlande ou au dessus de la mer Baltique, au dégel du printemps. La Fata Morgana est aussi observable dans les régions polaires et a joué de nombreux tours aux explorateurs du Grand Nord. On la retrouve également, assez fréquemment dans le détroit de Messine, entre l’Italie et la Sicile. D’autres endroits sont aussi connus pour voir ce mirage tels que le Japon et les pays nordiques. Par la suite le nom de Fata Morgana a été attribué à tous les mirages ayant des formes fabuleuses, étranges ou étonnantes.

Ainsi nous avons pu constater que l’étrangeté des mirages les a rendu extrêmement populaires. En effet, les différentes légendes, plus particulièrement celles de la Fée Morgane et du vaisseau fantôme ont fait leur célébrité.  Les visions spectaculaires des mirages ont souvent été interprétées comme des châteaux féeriques ou des bateaux hantés. Ceci est du à l’imagination débordante de nos ancêtres et à leurs manques de connaissances, ne leur permettant pas d’expliquer ce phénomène. Cependant, ces mirages exceptionnels ont une explication scientifique assez simple qui réside dans la succession de plusieurs principes physiques, qui sont le principe de Fermat, la réfraction de la lumière et la réflexion totale.

Ces trois principes expliquent le déplacement des rayons lumineux en fonction de ce qui les entoure. Avec l’expérience, nous avons montré l’effet de ces principes sur un rayon lumineux considéré comme la base de l’apparition d’un mirage optique. Ces mirages sont dus aux différences de température des couches d’air, qui entraînent des différences de densité et ainsi d’indice de réfraction. Selon la superposition des couches (couches plus chaudes sous les couches plus froide, le contraire ou encore couches chaudes et froides en alternance), on obtient des mirages inférieurs, supérieurs ou les Fata Morgana et Bromosa. Ces mirages ont été à l’origine de certaines découvertes essentiellement au niveau géographique. Ils ont été aussi souvent l’effet d’illusions très cruelles surtout dans le désert.

Source : http://tpemiragesg3.free.fr/index.htm

 

Liens :

L’effet Novaya Zemlya  ( rubrique Soleil )

https://en.wikipedia.org/wiki/Fata_Morgana_(mirage)

Mirage in Finland

https://fr.science-questions.org/experiences/65/Faire_un_mirage_artificiel/

https://fr.wikipedia.org/wiki/Mirage