Pourquoi notre oeil ne nous permet-il pas toujours de savoir où se trouve réellement un objet ?
Les mirages inférieurs
A] Présentation du phénomène
Ne vous est-il jamais arrivé d’apercevoir sur la route par une journée ensoleillée, des flaques d’eau qui, lorsqu’on s’en rapproche, disparaissent ??? Ce phénomène très fréquent l’été est appelé mirage inférieur….
Une « flaque d’eau » apparaît au loin. (Doc1)
Il se produit lorsque les rayons du Soleil réchauffent très fortement le sol à tel point que ce dernier réchauffe lui-même l’air qui se trouve juste au-dessus de lui…Il se forme ainsi différentes couches d’air extrêmement minces dont la température de chacune lorsque l’on s’éloigne du sol…
Le gradient thermique est donc négatif. De plus, les couches d’air sont d’autant plus marquées que le vent est faible.
B] Explications
L’indice de réfraction est moins important dans un milieu peu dense.
Comme les couches sont de plus en plus froides c'est-à-dire de plus en plus denses à mesure que l’on s’éloigne du sol, l’indice de réfraction augmente aussi car les couches les plus proches du sol sont les moins denses !
Le gradient d’indice est dit positif.
Nous sommes dans la situation suivante
Exemple de réfraction dans le cas d’un mirage inférieur. (Doc2)
Les rayons dirigés vers le bas vont donc subir de nombreuses fois ce phénomène ce qui va les courber jusqu’à atteindre un angle limite (s’ils n’ont pas atteint le sol avant) où ils vont être réfléchis et s’éloigner du sol en suivant toujours une courbe, vers les couches d’air plus froide, donc d’indice de réfraction plus élevé.
(cf : simulations de mirages)
Ces mirages sont très fréquents car il suffit qu’il y ait une variation d’à peine trois degrés Celsius sur une hauteur n’excédant pas un mètre pour qu’un conducteur puisse observer cette illusion d’optique !
C] Conséquences
Comme l’œil humain a l’habitude d’observer la majorité des objets de son environnement dans des milieux dits homogènes, c’est-à-dire où les rayons se propagent uniquement en ligne droite, l’observateur pense que ces rayons, qui nous font voir la flaque,viennent directement du sol : il voit le ciel réfléchi sur le sol et son cerveau interprète cette information comme étant de l’eau présente sur la chaussée ! D’où ce phénomène de flaque qui disparaît quand on s’en rapproche !
(cf : la propagation rectiligne de la lumière).
La distance qui sépare l’observateur de la flaque supposée être sur la chaussée dépend en fait du dernier rayon qui frôle la surface du sol, c’est-à-dire le rayon qui est tangent à la surface…Lorsque l’on se rapproche de ces mirages, l’angle des rayons augmente alors et la courbure
qu’ils forment devient alors beaucoup trop faible pour qu’on puisse la voir.
On a donc l’impression que la flaque recule de plus en plus à tel point qu’on ne peut la rattraper
! Si un automobiliste reste jusqu’à ce que le soir commence à venir (lorsque le Soleil ne chauffe
plus le sol et que ce dernier commence à refroidir), et s’arrête sur le bord de la route,
les flaques s’éloigneront d’elles-mêmes !
Schéma de principe d’un mirage inférieur avec un palmier. (Doc3)
Les rayons étant de moins en moins courbés à mesure que le sol se refroidi…
Comment savoir si on est en présence d’un mirage ?
Il est difficile de savoir si ce que l’on observe est simplement un phénomène de réflexion sur une surface d’eau non ou s’il s’agit d’un mirage...
Pour le savoir l’observateur doit se baisser pour constater que l’eau se rapproche de lui et tout le reste disparaît…Ce qu’il voit dépend de la hauteur de ses yeux par rapport au sol.
Si le gradient thermique est constant (cas de la simulation), la trajectoire qu’emprunteront les rayons de la lumière sera parabolique et l’image sera alors déplacée vers le bas sans être déformée. Ceci est un mirage !
Si le gradient thermique n’est pas uniforme, les rayons sont plus ou moins déviés et donnent lieu à des mirages déformés ! L’objet paraît simplement plus gros que dans la réalité.
Pour observer de tel mirage, la température n’est pas le seul facteur entrant en compte. Il faut aussi que l’observateur se trouve sur une surface plane et étendue où il peut observer sur une très grande distance…
Les mirages inférieurs sont donc surtout observables sur la route, dans des champs ou prairies, et dans le déserts…
Rappelez-vous la BD de Tintin où Dupond et Dupont sont dans le désert et sont confrontés à un mirage inférieur…
Les Dupond et Dupont dans le désert du Sahara croyant plonger dans une oasis… tiré de Tintin au pays de l’or noir d’Hergé. (Doc4)
Les mirages inférieurs ne sont donc pas rares, peu spectaculaires et deviennent très fréquents l’été sur les autoroutes…Alors n’accélérez pour essayer de rejoindre une flaque d’eau ! C’est une illusion d’optique !!!!!!
D] Photos de mirages inférieurs
Un camion sur une autoroute américaine. (Doc5)
Un soir d’été sur la côte norvégienne. (Doc6)
Ici les vents frais venus du pôle refroidissent les couches d’air les plus élevées alors que la mer réchauffe les couches en contact avec celle-ci.
Le même phénomène observé quelques jours plus tard. (Doc7)
Mirage inférieur dans le désert du Namib. (Doc 8)
On a réellement l’impression qu’il y a un lac au pied de ces arbres. L’impression ne serait que plus flagrante si il n’y avait pas de grandes dunes au troisième plan. Cependant il est rare de trouver des arbres isolés dans les déserts car les tempêtes de sable les recouvriraient aussitôt. Ils ne poussent que dans des endroits relativement abrités.
