Ça fait un petit moment que je n’ai pas répondu à une question que personne ne se pose. Alors voilà la question : d’où vient cette impression de voir une flaque d’eau au milieu de la route quand il fait chaud ?
Tout le monde a déjà vu ça, quand on regarde sur une longue route droite par un temps où il fait très chaud (plus de 30°C), on croit apercevoir une flaque d’eau :
Ceci n’est pas une illusion inventée par le cerveau ni un de ces effets paranormaux, mais il s’agit d’un phénomène physique bien connu : un mirage.
Il s’agit même d’un mirage dit « inférieur », en référence à sa courbure par le bas et par opposition à un mirage dit « supérieur ».
Quand il fait très chaud, la route et le bitume chauffent (atteignant jusqu’à 70~80°C), et la couche d’air situé dans les premiers centimètres au-dessus est également chauffée à ces températures.
Mais si on monte au plus haut au-dessus du sol, la température chute rapidement aux températures ambiantes (30~40°C), on dit qu’il y a un fort gradient de température (variation importante sur une faible distance).
Ce gradient de température induit un gradient tout aussi brutal dans l’indice de réfraction optique de l’air.
Or, exactement comme il se produit dans une fibre optique (possédant également un gradient de l’indice de réfraction), la lumière est réfractée, non pas en formant un angle de réfraction comme avec un prisme (ci-dessous à gauche), mais avec une courbure lisse et continue (ci-dessous à droite) :
Pourquoi je vous explique ça ? Parce que c’est la base de ce phénomène ! La lumière change de direction, or c’est elle qui transporte l’image de ce que l’on voit.
Sur l’image ci-dessous, tout devient clair : en fait ce n’est pas de l’eau que l’on voit sur la route, mais une image déviée du ciel (ou des objets se trouvant sur la route comme une voiture) :
Ce que l’on voit ce sont les rayons de lumière émis par les objets. Et les positions que l’on voit sont les endroits d’où semble provenir la lumière, pas d’où elle est émise.
À gauche, le rayon qui arrive vers l’œil provenant du sol a été émis par la route : on voit la route ! La lumière du ciel est absorbée par la route, et réémise (la température n’est pas suffisante pour affecter la courbure de la lumière).
À droite, le rayon provient du sol, mais il n’est pas émis par la route, il est émis par le ciel puis renvoyé en haut à cause de la chaleur : on voit le ciel !
Maintenant une question se pose : pourquoi voit-on le ciel (l’effet mouillé) au loin, et plus quand on s’en approche ?
En fait, il faut bien voir que sur mon dessin, la courbure est très importante. Dans la réalité, la courbure est présente, mais son rayon de courbure est très grand : il faut bien 100 mètres pour que la lumière arrivant à l’horizontale sur le sol parvienne de nouveau à hauteur d’homme pour qu’on la voie.
De plus, si l’angle est trop grand entre la route et le rayon venant vers vous, il ne peut pas être un rayon dévié, mais seulement émis par le sol (à cause de l’existence d’un angle limite de réflexion totale séparant les rayons réfléchis et absorbés)
Bon ben voilà :-)
Maintenant vous savez !
Au passage, une forte variation de température qui distord les rayons lumineux est visible dans 3 cas simples (on a tous vu ça, au moins les deux derniers) :
- Les mirages supérieurs : le gradient de température se situe en haute altitude, et les rayons partant d’au-delà l’horizon sont renvoyés en bas vers nous : on voit donc un objet situé plus loin que l’horizon.
- Quand on a une flamme : les gaz très chaud ont un indice de réfraction différent de l’air ambiant, et au-dessus de la flamme on observe des distorsions du paysage.
- Quand on verse de l’eau froide (~0°C) dans notre thé chaud (100°C) : on voit très bien là aussi des sortes de « nuages ». Ce sont des mini-mirages également.
