Types d’illusion, Les mirages

Une illusion naturelle, les mirages

Il n’est pas besoin de trouver des trucs pour créer des illusions. La nature s’en charge très bien.

Bien que les Dupondt nous aient devancés dans ce domaine (cf "Tintin au pays de l’or noir") voyons un petit exemple de mirage. 
 

Une histoire

Juin 1906, Robert E. Peary, qui serait le premier homme à atteindre le pôle nord en 1909, scrute l'horizon depuis le sommet du cap Colgate, un point à l'extrême nord-ouest de l'Amérique du Nord.

Peary voit une terre inconnue qu’il estime être à 120 miles au large et la nomme «Crocker Land» en l'honneur de l'un de ses bailleurs de fonds.

Sept ans plus tard, le Musée d'histoire naturelle a organisé une expédition d'exploration de «Crocker Land». Le 13 avril de la même année, le groupe atteignit l’endroit où Peary avait repéré la terre et partit à travers la banquise polaire dans la direction indiquée par Peary. Après environ une semaine, l'expédition a eu droit à un aperçu de cette nouvelle terre lorsque le temps s'est éclairci.

Un des membres a écrit plus tard: "Nous avons couru jusqu'au sommet de la plus haute montagne. Il ne pouvait y avoir aucun doute à ce sujet. Grand ciel! Quelle terre! Collines, vallées, sommets enneigés s'étendant sur au moins cent vingt degrés d’horizon."

Les Esquimaux voyageant avec l'expédition n'ont pas été impressionnés et ont dit que la vision était "caca-jok", ce qui se traduit par "brouillard". 

Le groupe a avancé un jour de plus et a ensuite pris sa position au sextant. Selon les calculs de Peary, ils auraient dû être à 30 milles à l'intérieur des fameuses terres à ce moment-là. L'expédition s'est rendu compte qu'eux et Peary avaient été trompés par un mirage.

L’histoire

Les premières observations de mirages semblent remonter à l'an -350, lorsque Aristote mentionne dans Meteorologica qu'il arrive que des promontoires paraissent anormalement grands dans certaines circonstances météorologiques.

En 1799, Gaspard Monge consacre une partie de son récit de la campagne d’Égypte à discuter des mirages qu'il a pu observer dans le désert. 

À l'été 1897 en Alaska, une expédition dans la nature près du mont St. Elias a vu une «ville silencieuse» au-dessus d'un glacier. Un membre de l'expédition écrit: «Nous pouvions clairement voir des maisons, des rues bien définies et des arbres. Ici et là, de hautes flèches s'élevaient au-dessus d'immenses bâtiments ...» 
 

Un mirage c’est quoi ?

Un mirage n'est pas une illusion d'optique, qui est une déformation mentale d'une image due à une interprétation erronée du cerveau. Ce n'est pas non plus une hallucination puisqu'on peut le photographier. Un mirage a la même réalité que l'image d'un objet dans un miroir. 

Il s'agit d'une propagation anormale de la lumière dans une atmosphère où la température, la pression et l'humidité ne varient pas verticalement. La déviation de ces rayons donne alors l'impression que l'objet que l'on regarde est à un endroit autre que son emplacement réel, et peut déformer l'image observée.

Propagation de la lumière

Un milieu optique est caractérisé par un indice de réfraction, qui détermine la vitesse de la lumière dans ce milieu.

Plus cet indice est élevé, plus la lumière se propage lentement dans ce milieu. Plus la densité ou la température de l'air est élevée, et plus l'indice de réfraction est faible. 

La vitesse étant différente d'un milieu à un autre, le chemin qui prend le moins de temps n'est plus la ligne droite, mais une ligne brisée à l'interface des deux milieux.

Ainsi, on peut calculer le chemin que vont prendre les rayons lumineux pour atteindre notre œil. 

Les types de mirages

On classe les mirages en 3 catégories : 

- les mirages chauds ou inférieurs

- les mirages froids ou supérieurs

- les Fata Morgana, mirages plus complexes composés de plusieurs images superposées.
 

Les mirages chaud

Les mirages les plus courants sont les mirages de température. Le mirage chaud dit « inférieur » est un phénomène se produisant lorsque les rayons du soleil chauffent fortement le sol, réchauffant à son tour l’air situé juste au dessus de lui. L'indice de réfraction de l'air diminue au fur et à mesure que sa température augmente selon qu’on s’approche du sol.

 
Les rayons lumineux se dirigeant vers le sol sont progressivement déviés, par réfraction, vers les couches d’air d’indice plus élevé, jusqu’à un angle limite au delà duquel ils sont alors réfléchis : il y a alors réflexion totale.

Le cerveau humain ne percevant la lumière qu’en ligne droite, l’œil qui reçoit les rayons lumineux courbés associe l’origine de ces rayons à un prolongement rectiligne, donnant l’illusion d’une image inversée.

Plusieurs conditions doivent être remplies pour obtenir un mirage chaud, une forte chaleur sur une surface qui chauffe facilement comme le sable ou le goudron et un espace dénué de végétation car celle-ci tempérerait le milieu et empêcherait alors l’observation des mirages.

Les mirages au sol qu’on observe le plus couramment sont les «flaques d’eau» sur une route goudronnée surchauffée.

Il permet de comprendre facilement le principe d'un mirage inférieur, et d'illustrer les conditions nécessaires à sa manifestation. Le reflet du ciel apparaît en dessous de l’objet réel, d’où le nom de mirage inférieur. 

Mirage froid

La naissance d'un mirage froid dit « supérieur » survient lorsque l'air proche du sol est plus froid qu'en hauteur.

Le gradient thermique de l'atmosphère est alors dirigé vers le haut et l'air est refroidi au niveau du sol. Ceci est le cas dans des lieux où la surface du sol est très froide (banquise, mer froide, sol gelé...) où ces couches d'air plus froid dites couches d'inversion apparaissent.

L'image de l'objet peut être inversée ou non, parfois déformée par la convection de l'air, et sera au-dessus de l'objet réel.

Une singularité de ce type de mirages apparaît lorsque les rayons suivent la courbe de la Terre : un objet situé sous l'horizon peut alors être perçu au-dessus.

Mirage supérieur en Chine

Fata Morgana et Fata Bromosa

Certaines situations combinent les mirages inférieurs et supérieurs, par des profils d'indice de l'air particuliers, donnant alors une image irréelle au paysage lointain. 

La Fata Morgana est causée par la superposition de couches d'inversion et de couches d'air chaud avec des gradients plus ou moins forts. Ce qui est un rivage lointain est élevé au-dessus de l'horizon par une couche d'inversion alors que d'autres parties sont élargies, déformées par une couche d'air plus chaud ramenant une partie des rayons vers le sol. 

On observe ainsi des tours, allongées par les couches d'inversion, des plateaux élargis et superposés grâce aux couches d'air plus chaud et qui sont à l'origine du nom du phénomène, la fée Morgan, des légendes Arthuriennes, réputée habiter sur la mystérieuse île d'Avalon et user de magie pour faire flotter des palais.

Les cas les plus typiques de Fata Morgana se produisent en plein océan.
Lorsque l'eau refroidit l'air directement au-dessus, une couche limite se forme. Ces types de mirages sont les plus susceptibles d'apparaître après l'aube, avant le crépuscule ou pendant qu'une tempête se prépare. 

Ils ont également tendance à privilégier des emplacements particuliers. Le détroit de Messine, entre la Sicile et le continent italien, l’antarctique, la région des grands lacs aux États-Unis, le golfe de Botnie, la mer Baltique, les côtes californiennes sont célèbres pour leurs Fata Morganas.

Plus on se trouve loin du mirage et plus grande apparaît l’image fantôme.

fata morgana sur la côte norvégienne

La Fata Bromosa, ou Brume de fée est provoquée par le même type de profil d'indices, mais a pour effet de créer une image plutôt plate avec de fortes variations de contraste. Les rayons sont réfractés majoritairement dans certaines zones seulement, créant ainsi des parties sombres et d'autres très lumineuses donnant une impression de brouillard brillant.

Ces deux effets peuvent être combinés, et il n'est pas rare que des Fata Bromosa soient incluses dans une Fata Morgana.
 

Presqu'ile de Quiberon (photo A_Denooz)

Bonus

La légende du Hollandais Volant

Depuis le 17ème siècle, on raconte la légende du Hollandais Volant, ce bateau fantôme censé flotter au dessus des flots et signe de malédiction. 

Le phénomène qui est à l’origine de cette légende est une Fata Morgana.

Le Hollandais volant, parfois appelé dans le passé le « Voltigeur hollandais », est le plus célèbre des vaisseaux fantômes. Ce mythe a souvent été utilisé par les écrivains dans des récits d'aventure.

Il est également connu sous le nom allemand « Der Fliegende Holländer », ce dernier étant par ailleurs le titre original d'un opéra de Richard Wagner.

Il est très difficile de remonter aux faits qui sont à l'origine d'une légende. Dans le cas du Hollandais volant, il pourrait s'agir des exploits d'un capitaine hollandais au cours du XVIIe siècle nommé Bernard (ou Barend) Fokke.

Employé par la Compagnie néerlandaise des Indes orientales, il était connu pour effectuer, avec une rapidité surprenante pour l'époque, les trajets entre l'Europe et l'Asie. La rumeur attribua ces performances inhabituelles à sa capacité de « voler » sur l'eau, avec l'assistance du diable. 

Lors d'une expédition, il disparut avec son bâtiment sans laisser de traces.
 

La légende originale

Il semble que la première allusion à la légende soit publiée en 1790 dans un récit de voyages en mer par l'écossais John MacDonald. 

Un autre récit est fait par l'anglais George Barrington : A Voyage to Botany Bay publié en 1795. 

Il y est fait état d'une croyance superstitieuse propagée par les marins à la suite du naufrage d'un vaisseau de guerre hollandais durant une tempête.

En 1839, l'écrivain Frederick Marryat, lui-même ancien marin, a publié un long roman ayant pour titre The Phantom Ship. Lorsque le navire approche du cap de Bonne-Espérance, il fait la sinistre rencontre d’un grand vaisseau fantôme.

Avec la publication de ce roman, la légende du brick maudit, qui était déjà colportée dans tous les ports depuis au moins deux siècles, prit un essor si considérable qu'elle devint l'un des thèmes classiques de la littérature maritime.

Aller voir

Double bonus, des mirages, il y en a aussi dans le ciel !. . . 

lesmirages

Sources

https://tpe-les-illusions-d-optique.webnode.fr/

https://fr.wikipedia.org/wiki/Réfraction

https://fr.wikipedia.org/wiki/Mirage

http://miragesetanamorphoses.e-monsite.com/album-photos/mirages/http://illusions-optique-tpe.e-monsite.com/pages/principe-d-un-mirage.html

http://www.unmuseum.org/mirage.htm

http://tpemiragesg3.free.fr/fata.htm

https://www.laboiteverte.fr/fata-morgana-lillusion-hollandais-volant/

https://fr.wikipedia.org/wiki/Hollandais_volant