Introduction aux mirages terrestres:

    Un mirage terrestre est l’image réfractée de quelque chose qui n’est en réalité pas à l’endroit où on le voit. C’est le résultat d’un profil d’indice de réfraction inhabituel, particulièrement dans la direction verticale. Nous insistons sur le terme « inhabituel », car il existe un large éventail de conditions de réfraction atmosphérique entre ce qui est normal et ce qui ne l’est pas. Ainsi, il est parfois difficile de dire si nous sommes en présence d’un mirage. Il existe autant de mirages que de conditions atmosphériques possibles. Nous ne décrirons que les plus communément observés.
Tous les mirages sont confinés dans de petits angles, en général moins de 0,5 degré, soit environ la taille du disque solaire. Les photos des mirages sont en général prises avec des téléobjectifs qui amplifient ces structures.

    Pour calculer les possibilités de mirage on utilise le gradient thermique qu’on peut définir simplement comme une variation de la température en fonction de la distance par rapport au sol. Il s'exprime en degrés par 100 mètres. Il est perpendiculaire au sol, positif lorsque la température augmente au fur et à mesure que l'on s'éloigne du sol (cas d'un mirage supérieur) et négatif dans le cas contraire (cas d'un mirage inférieur).
      On peut donc caractériser 4 principaux types de mirages, les mirages inférieurs, supérieurs, déformants, et latéraux.

 

Explication des mirages inférieurs :

     La vision d’eau miroitant sur l’autoroute et « s’évaporant » à notre approche nous est familière. Si nous regardions dans le rétroviseur, nous verrions l’eau réapparaître derrière nous, fameuse eau promise qui ne se matérialise jamais. Ce phénomène est un mirage inférieur, ainsi appelé car nous regardons sous l’horizon pour le voir.
     On peut donc observer des mirages inférieurs à quelques mètres de nous quand nous regardons au-dessus d’un toit de voiture un jour de forte chaleur. Ces mirages sont visibles près de tout élément dont la chaleur est modifiée comme un grille-pain, un chauffage, une planche chauffée par le soleil, etc.
     Ce que l’on pense être de l’eau dans un mirage n’est rien d’autre que la lumière bleue du ciel, réfractée vers le haut par une fine couche d’air chaud se trouvant juste au dessus de la route.

Les mirages inférieurs apparaissent quand un rayon lumineux S provenant de dessus l’horizon H est réfracté par l’air dont l’indice de réfraction diminue rapidement en approchant du sol. Le rayon que l’observateur perçoit semble provenir de la direction S’ sous l’horizon.

      L’indice de réfraction de l’air est proportionnel à sa densité, qui est inversement proportionnelle à la température.
      Près de la surface d’une autoroute, les rayons lumineux qui arrivent vers nous en incidence rasante descendent d’une couche d’air supérieure plus froide (et donc plus dense) vers une couche inférieure plus chaude où l’air est plus raréfié, puis remontent vers nos yeux.
      La courbure du rayon dépend du gradient de température : plus celui-ci est grand, plus le rayon est courbé. De la même manière, la lumière d’une montagne peut être réfractée jusqu’à nous alors qu’elle se trouve en dessous de l’horizon. De cette façon, tout objet proche de l’horizon peut être vu dans un mirage.

Quand un objet étendu tel qu’une voiture donne lieu à un mirage, il peut prendre différentes formes.
(a) Si la hauteur angulaire B du mirage est la même que la hauteur angulaire originale A et que les rayons inférieur et supérieur ne se croisent par, le mirage (présenté dans le cadre au dessus de la tête de l’observateur) est droit et de la même taille que l’image originale.
(b) Si les rayons se croisent, l’image est inversée
(c) Si les rayons se croisent et que B est supérieure à A, l’image est étirée verticalement. Des images étirées verticalement peuvent être droites ou inversées.

 

      Même si nous avons tendance à considérer les mirages comme des phénomènes estivaux, ils peuvent néanmoins se produire à d’autres époques de l’année. En effet, ce n’est pas la température absolue qui intervient, mais plutôt la variation de température avec l’altitude. On peut ainsi voir de jolis mirages d’autoroute en hiver lorsque l’asphalte exposé au Soleil réchauffe l’air froid. Les mirages sont en fait presque toujours présents sur toute route droite.
     Si le gradient de température est uniforme, le mirage est déplacé par rapport à l’objet initial, mais pas déformé. Quand le gradient varie avec la distance au-dessus de la surface (passant, par exemple de 10° par mètre au niveau de la route à 20° par mètre plus haut), l’image peut être renversée. Ce renversement peut passer inaperçu s’il s’agit du ciel, car aucune structure ne peut nous renseigner sur le sens. Mais quand, par exemple, l’objet initial est une voiture, le renversement de son mirage devient évident

Cas des "flaques" sur une autoroute

Pareil, formation de ce que l'on pourrait comparer visuellement à des flaques d'eau en plein désert

Schéma représentant les rayons lumineux entre image et oeil

Schéma du principe du mirage inférieur

Images multiples de la voiture (a) qui sont : inversée (b), droite et compressée (c), inversée et étirée (d)

      Des gradients de température plus complexes peuvent, outre renverser l’image, l’étirer ou la compresser verticalement. Différentes parties de l’image peuvent subir les deux déformations, et dans certaines situations très complexes, on peut même observer de multiples images déformées.