LES MIRAGES
Les Mirages : comment déroutent-ils l'oeil et le cerveau ?
Le mirage n'est pas une illusion d'optique, on peut l'observer à plusieurs et même le photographier. Son explication n'est pas liée à un phénomène paranormal. Mais elle est toutefois liée à un petit défaut de la complémentarité de notre œil et de notre cerveau. Les rayons lumineux se déplacent en ligne droite, lorsqu'ils traversent un milieu homogène et transparent tel que l'eau. Lors d'un mirage, ce n'est plus le cas. La lumière suit une ligne courbe car elle ne se déplace plus dans un milieu homogène mais dans un milieu hétérogène, cette distorsion provoque une vision surprenante. Ainsi, on peut dire que tout est une question de milieu. Dans l'air, les températures sont loin d'être toujours constantes. Elles peuvent variées jusqu'à obtenir 10 degrés de différence entre les couches d'air situées au sol et celles à un mètre de hauteur. En effet, l'air est composé de multiples couches qui ont toutes une température différente les unes des autres. Quand un rayon lumineux change de couche d'air, il change aussi de milieu et doit donc s'y adapter. Pour cela, son comportement et sa trajectoire changent, il n'est plus linéaire, mais courbe. Dans ces conditions, le mirage apparaît, car notre vision imparfaite ne parvient pas à corriger cette modification. Les mirages sont surtout observables sur des grandes étendues sableuses et désertiques ainsi que sur les routes, les étendues de glaces et certains endroits dépourvus de végétation. Il existe de nombreux types de mirages mais les plus connus sont : les mirages froids (ou supérieurs), les mirages chauds (ou inférieurs) et les Parhélies.
Mirages Supérieurs
Les mirages supérieurs, aussi appelés mirages froids, apparaissent lorsque les couches d'air proches du sol sont plus froides que celles en hauteur. Ainsi la température croît avec l'altitude sur une certaine distance. Ceci est souvent le cas dans des lieux où l'air à la surface du sol est très froid comme la banquise, les mers froides ou encore les sols gelés, où ces couches d'air plus froides apparaissent. Alors l'image de l'objet observé peut être inversée, voir parfois déformée, et se trouvera au-dessus de l'objet réel.
Dans le cas d'un mirage supérieur, les rayons lumineux provenant de l'objet suivent une trajectoire ascendante et concave. Par exemple un objet situé sous l'horizon pourra être perçu au-dessus, c'est ainsi que la Corse peut être vue des hauteurs de Nice. La même situation peut également s'observer en mer. Les navigateurs observent des mirages dans des circonstances similaires. Comme la température de la mer est plus froide que celle de l'air calme situé au-dessus, l'image des sites ou des navires éloignés peut être renversée et se dessiner dans le ciel.
Le capitaine Scoresby a fait un grand nombre d'observations semblables dans les parages du Groenland. Il est possible que les mirages aient été la cause de légendes telles que celles du Hollandais Volant.
Le Hollandais Volant serait lié à un phénomène similaire à celui observé par Scoresby. Le bateau aurait donné l’impression de voler juste à cause d'un mirage du même type.
Mirages Inférieurs
Les mirages inférieurs, aussi appelés mirages chauds, sont liés à un échauffement des couches d'air basses, ce qui arrive régulièrement dans les zones très exposées au soleil. A ce moment, les températures des couches d'air proches du sol peuvent se révéler de près d'une dizaine de degrés supérieures aux températures des couches d'air plus élevées. Alors les rayons lumineux, traversant ces différentes couches, se courbent de manière flagrante, amenant ainsi l'observation très courante d'un phénomène d'inversion de l'objet observé.
Comme les rayons situés en haut de l'objet sont moins inclinés que les rayons du bas, leur réflexion totale se produit plus bas et ils sont donc vus par l'observateur comme se situant en-dessous de l'objet. C'est pour cela que l'on perçoit le mirage inversé et en-dessous de l'objet, un peu comme son reflet dans une flaque d'eau. Ce phénomène repose sur un échauffement important du sol et de l'air avoisinant, et à un grand nombre de turbulences qui ont tendance à apparaître dans ces zones-là. Ainsi on observe souvent comme des distorsions du mirage. C'est ce phénomène qui empêche l'observation d'une réflexion parfaite du ciel sur les grandes routes.
De nombreux lieux sont devenus célèbres pour leurs mirages comme les plaines de l'Asie et de l'Afrique. L'action du Soleil sur le sable entraîne un grand échauffement de celui-ci, tandis que l'air, plus résistant à l'action du soleil grâce à son grand pouvoir diathermane, qui ne s'échauffe que peu. Il n'y a que l'air située au voisinage du sable qui s'échauffe par contact. On observe donc la formation de couches d'air inégalement chauffées et inégalement denses, entraînant des indices de réfraction différents. Cet équilibre est instable et est, d'ailleurs, continuellement rompu, ce qui donne aux mirages leur agitation.
On observe aussi fréquemment, des mirages inférieurs sur la route. L’observation de ces mirages est accentuée si la surface de la route est plane. L’observation d’un tel mirage dépend aussi de la hauteur de l’observateur. En effet, si l’observateur se baisse, le mirage se rapproche de lui et inversement. C’est ainsi que dans le désert on peut apercevoir au loin des palmiers avec leurs images inversées en dessous d’eux semblant 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. 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. Ce type de mirage est très utilisé dans les dessins animés ou dans les films afin de tourner en ridicule le personnage.
Explication d'un mirage inférieur
Considérons par exemple un phare que nous appellerons objet réel et un observateur. Un rayon lumineux parti du sommet de ce phare pourra arriver à l’œil de l'observateur, soit en suivant une ligne droite, parce que le milieu est homogène, soit en suivant une ligne d'une courbure plus accentuée. Dans cette courbe, les angles d'incidence suivant lesquels le rayon passe d'une couche à l'autre vont en augmentant, et il arrive un moment où ces angles sont les angles limités; il se produit alors, en ce point, non plus une réfraction, comme au passage des couches précédentes, mais une réflexion totale. Le rayon remonte vers l'observateur; celui-ci aperçoit donc une image renversée du phare, en même temps que le phare, dans la direction suivant laquelle lui arrive le rayon lumineux. D'autre part, l'image du ciel est aperçue de la même façon et son éclat masque l'image du sol dans le voisinage du pied du phare, ce qui contribue encore à donner la sensation de l'existence d'une nappe d'eau au pied du phare.
Mirage : La fabrication
Les Parhélies
Il existe d'autres types de mirages qui ont fasciné l'Homme et qui continuent à le faire. Et c'est le cas des parhélies également appelés « faux soleil », « soleil double », ou « œil de bouc », qui forment, dans le ciel, d'autres soleils miniatures.
Ce phénomène apparaît lorsque le Soleil se situe assez bas sur l'horizon et qu'on observe la présence de nuages de haute altitude chargés en cristaux de glace. Ce type de mirage est bien plus fréquent dans les régions polaires, car ces régions contiennent de nombreux nuages bas chargés de particules de glace. Les cristaux de ces nuages se constituent naturellement dans ceux-ci en suivant une symétrie hexagonale. Ainsi durant leur chute, ces particules s'orientent spontanément dans le même sens et forment un réseau de prismes reflétant et réfractant la lumière émise par le Soleil. La position des halos que l'on observe dépend de la traversée des rayons dans les cristaux et du minimum de déviation se rapprochant des vingt degrés. Les parhélies sont situés à ce même angle de part et d'autre du soleil lorsque celui-ci est sur l'horizon.
Notre expérience
Nous avons décidé de recréer un mirage, ou du moins son principe, en laboratoire. L'expérience fut concluante, elle nous a permis de mieux comprendre le fonctionnement de ceux ci.
Pour réaliser cette expérience, il nous a fallu préparer une cuve composée de deux couches d'eau : l'une salée et l'autre distillée. Cette préparation s'est avérée complexe car la manoeuvre de remplissage était délicate. Il fallait verser l'eau distillée avec précaution afin d'éviter que les deux couches ne se mélangent. Ensuite, il nous a suffi de faire passer un laser dans cette cuve et les indices de réfraction différents contenus dans la solution, permettent la courbure du rayon. Cette expérience, nous illustre ainsi le fonctionnement des mirages.
Nous avons donc vu que les mirages trompaient nos yeux et notre cerveau. En effet, la complémentarité oeil-cerveau ne parvient pas à déjouer le piège tendu par ce phénomène. Le cerveau étant persuadé que les rayons lumineux suivent une trajectoire rectiligne, il ne peut ainsi reconstruire une image parfaite. Les mirages mettent donc en évidence une des limites de la complémentarité mais donnent aussi lieu à bon nombre de légendes et ainsi à une partie de notre monde.