Introduction
Les illusions de sont pas l'apanage exclusif de l'homme ! Il existe aussi des illusions purement naturelles ... Et oui, meme la nature peut vous jouer des tours ! Regardez par exemple cette animation. N'avez-vous jamais remarqué que la Lune paraissait plus grosse à l'horizon qu'au zénith ? Ce phénomène repose tout simplement sur la mise en relation de grandeurs, comme nous l'avons vu précédemment. Lorsqu'elle se trouve à l'horizon, nous pouvons comparer la taille de la Lune aux tailles de maison, ou d'arbre : elle nous parait plus grande. Evidemment, cette animation est un peu exagérée...
Les illusions naturelles que l'on observe le plus souvent et qui sont les plus interessantes proviennent de phénomènes appelés mirages, phénomènes terrestres, que nous allons étudier ici...
Les mirages chauds (ou mirages inférieurs)
Dans un milieu chaud (un désert par exemple), lorsqu'on regarde au niveau du sol, on remarque une sorte de grande nappe d'eau, qui semble s'éloigner au fur et à mesure qu'on avance. Le schéma ci contre nous montre que les rayons provenant du ciel sont courbés au voisinage du sol, et remontent vers l'oeil de l'observateur.
Les mirages froids (ou mirages supérieurs)
Dans un milieu froid (le cantal par exemple, voir photo), lorsqu'on regarde le ciel, on voit une montagne au loin. Plus on se rapproche, plus on a la surprise de la voir diminuer, pour devenir un simple rocher... La courbure se fait donc dans le ciel, et l'image observée est à l'envers.
Expérience
Un milieu optique est caractérisé par un indice de réfraction qui "détermine" la vitesse de la lumière dans ce même milieu, d'après la
relation :
n=c/v
(n est l'indice du milieu)
(c est la vitesse de la lumière dans le vide)
(v est la vitesse de la lumière dans le milieu d'indice n)
La lumière se propage donc plus lentement dans un milieu à indice fort, et inversement. Plus la densité ou température du milieu est élevée, plus l'indice est faible. Le baton plongé dans l'eau apparait comme "brisé", car la lumière est déviée à cause du changement d'indice air/eau. On réalise alors l'expérience du laser parcourant un bac d'eau, dont l'indice diminue de bas en haut.
On observe alors que le rayon lumineux dévie vers les indices les plus
élevés.
Interprétation mirages inférieur
Dans les mirages inférieurs, l'air au voisinage du sol est plus chaud, donc son indice est faible, donc le rayon se dirige vers le milieu d'indice le plus élevé. Le gradient d'indice est donc vertical et dirigé vers le haut. On voit donc le ciel au niveau du sable.
Interprétation mirages supérieur
Dans les mirages supérieurs, l'air à proximité du sol est froid, donc son indice est fort, donc le rayon se dirige vers ce milieu et se courbe dans l'air, moins froid. Le gradient d'indice est donc vertical et dirigé vers le bas.
Problème des observations astronomiques
Cette forme ondulatoire de la couche atmosphérique pose des problèmes dans les observations astronomiques. Lorsque le soleil envoie des rayons non perpendiculaires à la tangente de la couche, ceux ci sont déviés et parviennent au centre d'observation, qui voit le soleil dans une position fausse. Une solution à ce problème est de faire des observations du soleil à son coucher, car son axe de vision est quasi parallèle à celui du sol, et comme son gradient d'indice est vertical, elle peut être négligée dans ce cas.
Les mirages terrestres - Les étoiles scintillent
Sur Terre, en regardant les étoiles, on peut s'apercevoir qu'elles brillent, puis arretent de briller, au point de ne plus pouvoir les voir. Cela s'explique par la forme de la couche atmosphérique qui est ondulée, et dévie les rayons lumineux en certains points de la couche.
