Qu'est-ce qu'un mirage ?

A) Définition

Un mirage est un phénomène optique qui donne l'illusion que des objets éloignés ont une ou plusieurs images.

La formation d’un mirage s’explique par la loi de la réfraction ou loi de Snell-Descartes (que nous aborderons par la suite).

Bien qu'il ne soit pas assuré que Snell (1580-1626) ait pour la première fois énoncé la loi de la réfraction, la paternité lui en a été reconnue.

En effet Snell n'a pas publié cette loi, mais selon Mersenne (1588-1648), un de ses amis, Snell désirait publier ce résultat quand la mort l'en a empêché.

Cette découverte, Descartes (1596-1650) la mentionnera dans ses publications, des années plus tard. On ne sait pas vraiment si Descartes avait eu vent des travaux de Snell.

 

 

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B) Phénomène de réfraction de la lumière

Le principe de Fermat est un principe physique attribué à Pierre Fermat. Il sert de fondement à l'optique géométrique et s'énonce ainsi :

 

=> La lumière ne suit une trajectoire rectiligne que dans un milieu homogène et transparent.

C'est à partir de cette loi que la formule de Snell-Descartes a été découverte.

 

La formule mathématique est :    sin (i₁) x n₁ = sin (i₂) x n₂

 

n₁ et n₂ étant les indices de réfraction (sans unité) de leur milieu respectif.

i ₁ et i₂ étant les angles en degrés des rayons incidents et réfractés.

 

Les indices de réfractions représentent la vitesse de la lumière dans le ou les milieux voulus.

 

 

Représentation d'un rayon lumineux passant à travers 2 milieux d'indices différents.

Bien que l'air ne représente qu'un seul et même milieu, les rayons sont déviés.

Les faisceaux lumineux sont déviés par des couches d'air de températures (phénomène météorologique) et/ou de densités différentes selon l'altitude.

 

C) La notion de réfraction totale

 

Dans le cas d'un mirage, la réfraction est appelée réfraction totale car elle obéit à certaines règles.

 => Deux conditions sont indispensables pour qu'il y ait réflexion totale :

- Ce phénomène n'intervient que lorsque le rayon lumineux incident se trouve dans un milieu d'indice de réfraction plus grand que l'éventuel rayon réfracté (réfraction de type verre/air par exemple). Ce phénomène est à la base des communications par fibre optique.

 

- L'angle d'incidence doit être plus grand que l'angle limite de réfraction. La loi de Snell-Descartes pour la réfraction permet de montrer qu'il existe un angle d'incidence limite au-delà duquel la réfraction est impossible (nous n’entrerons pas dans les calculs).

 

Schéma représentent un laser réfracté totalement