.
-

Les mirages

Aperçu
Lorsque l'on considère par un temps calme et serein des objets éloignés, ou l'ombre que des arbres projettent sur une surface échauffée par le Soleil, on voit que leurs contours oscillent continuellement. Ces ondes de chaleurs, qui déforment ainsi les images des objets lointains et représentent un inconvénient d'autant plus important pour les observations astronomiques qu'elles sont très communes. Mais il existe des formes extrêmes de ce phénomène plus spectaculaires, lorsque, par exemple, les images des objets lointains ne se contentent plus d'onduler et de se déformer, mais qu'elles se dédoublent ou s'inversent. On verra ainsi, dans une lunette, des morceaux de l'horizon qui semblent se détacher, flotter dans l'air, puis retomber. On commence alors à pouvoir parler de mirage

Le mirage est un phénomène météorologique provenant de la déviation du trajet de la lumière lors de sa traversée de couches d'air de densités différentes, et qui fait apercevoir une image renversée d'objets réels; on aperçoit  souvent  les mirages en même temps les objets eux-mêmes, de sorte que l'on croit voir ces objets et leurs images dans une nappe d'eau. On parle de mirage supérieur ou inférieur, selon la position de l'image par rapport à l'objet. Le phénomène est depuis longtemps connu et étudié. Gaspard Monge, qui eut l'occasion de constater fréquemment ce phénomène pendant la campagne d'Égypte, en a donné une théorie élémentaire. C'est celle que nous reproduisons ici. 


Rouages 
Le mirage se produit dans les plaines étendues, souvent dans les déserts de sable, lais pas seulement et, en tout cas, lorsque le temps est calme et le sol échauffé par le Soleil. Les plaines de l'Asie et de l'Afrique sont devenues célèbres sous se rapport. Par suite de l'action du Soleil, le sable s'échauffe très fortement, tandis que l'air ne s'échauffe que peu, grâce à son grand pouvoir diathermane. Seule la couche d'air située au voisinage du sable s'échauffe par contact. L'air se trouve donc formé de couches, inégalement échauffées, inégalement denses, avant par conséquent des indices de réfraction différents. Aux couches les plus basses, qui sont les plus légères et qui par suite ne restent dans cette position que par une sorte d'équilibre instable, correspondent les indices de réfraction les plus faibles.
Cet équilibre instable, qu'il est nécessaire d'admettre pour expliquer le mirage, est d'ailleurs continuellement rompu par places, ce qui donne aux images vues par mirage une agitation qui concourt à les faire prendre pour des reflets causés par des lacs. Considérons par exemple un arbre placé en A et un observateur placé en O. Un rayon lumineux parti du sommet de cet arbre pourra arriver à l'oeil de l'observateur, soit en suivant une ligne aaaa, légèrement infléchie, parce que le milieu n'est pas homogène, soit en suivant une ligne d'une courbure plus accentuée bbbb; dans cette courbe, les angles d'incidence suivant lesquels le rayon passe d'une couche à l'autre vont en augmentant, et il arrive un moment où cet angle est l'angle limité; il se produit alors, en ce point r, non plus une réfraction, comme au passage des couches précédentes, mais une réflexion totale, et le rayon remonte vers l'observateur; celui-ci aperçoit donc en A' une image renversée de l'arbre, dans la direction suivant laquelle lui arrive le rayon lumineux bbbb, en même temps que l'arbre lui-même; d'autre part, l'image du ciel est aperçue de la même façon et son éclat masque l'image du sol dans le voisinage du pied de l'arbre, ce qui contribue encore à donner la sensation de l'existence d'une nappe d'eau au pied de l'arbre. 
-
Un mirage artificiel

Wollaston a indiqué une expérience simple qui réalise le phénomène de mirage : l'on choisit un vase cubique à parois planes, on y verse d'abord de l'eau, puis de l'acide sulfurique, au moyen d'un entonnoir dont l'extrémité touche le fond du vase. Quand l'expérience est faite avec précaution l'acide sulfurique occupe le fond du vase, mais ses couches vont en diminuant de densité à mesure qu'elles se rapprochent de la surface de l'eau. Si maintenant l'on place derrière le vase un papier couvert de quelques lettres et que l'oeil se trouve sur la même ligne horizontale, on pourra voir l'objet directement et par réfraction.

-
Les phénomènes du mirage ne s'observent dans ces conditions que dans des pays très plats sur une vaste étendue; mais on peut l'observer beaucoup plus souvent qu'on ne le croit, surtout quand on approche la tête de la surface du sol dans des plaines moins vastes. 
« J'ai observé [ce phénomène], dit par exemple Kaemtz, dans les environs de Halle, dans le pays de Magdebourg et sur les bords de la mer Baltique, où je me croyais souvent au milieu d'une nappe d'eau. »
C'est ainsi également que l'on peut apercevoir assez souvent des phénomènes de mirage dans les plaines de la Crau ou même sur des plages de sable un peu étendues, et aussi, assez couramment, sur des routes, en été. On observe aussi parfois, mais plus rarement, des mirages où les objets sont déplacés latéralement; on les observe en mettant l'oeil très près d'un mur blanc, bien chauffé par le Soleil et regardant des objets de petites dimensions situés au loin. On observe aussi parfois des mirages inverses des premiers les images des objets réels sont vus au-dessus de ces objets et renversés le plus souvent, rarement droits.

Tous ces phénomènes, qu'on peut expliquer de la même façon par l'existence de couches d'air parallèles, inégalement dilatées, exigent évidemment pour se produire que l'air soit absolument calme.

Collection
Les mirages d'Égypte.
L'expédition d'Égypte n'a pas seulement été l'occasion de découvrir l'explication des mirages, elle a également fait en Europe toute la célébrité du phénomène. Pendant cette entreprise, l'armée française éprouva en effet souvent de cruelles déceptions qui ne furent pas toutes militaires. Le baron Larrey, qui était chirurgien en chef de l'armée d'Orient, raconte ainsi l'effet produit par le mirage sur les soldats : 
« Des plaines aqueuses semblaient nous offrir le terme de nos maux, mais ce n'était que pour nous replonger dans une plus grande tristesse, d'où résultaient l'abattement et la prostration de nos forces, qui s'est portée chez plusieurs de nos braves, au dernier degré. Appelé trop tard pour quelques uns d'entre eux, mes secours devenaient inutiles, et ils périssaient comme par extinction : cette mort me parut douce et calme, car l'un d'eux me disait, au dernier instant de sa vie, se trouver dans un bien-être inexprimable, cependant j'en ai ranimé un assez grand nombre avec un peu d'eau douce aiguisée de quelques gouttes d'esprit-de-vin que je portais constamment avec moi dans une petite outre en cuir. »
Le sol de la Haute Égypte forme une plaine parfaitement horizontale; les villages sont situés sur de petites éminences. Le matin et le soir, ils paraissent dans leur situation et leur distance réelle, mais quand le sol est fortement échauffé le pays ressemble à un lac, et les villages paraissent bâtis sur des îles et se reflètent dans l'eau. Quand on approche disparaît et le voyageur dévoré par la soif est trompé dans son espoir. Ce phénomène est si commun dans ces contrées, que le Coran désigne par le mot serab, qui veut dire mirage, tout ce qui est trompeur. Il dit, par exemple : 
«  Les actions de l'incrédule sont semblables au serab de la plaine; celui qui a soif le prend pour de l'eau jusqu'à ce qu'il s'en approche, et trouve que ce n'est rien. »
-

Un mirage dans le désert : image extraite de
The Aerial World, de G. Hartwig (Londres, 1886).
(Source : NOAA Photo Library).
-
Les mirages des pays froids.
Si le sol est plus froid que l'air qui est en contact avec lui, alors la température des couches aériennes croît rapidement avec la hauteur, et on voit non seulement au-dessus de l'objet son image renversée, mais le cercle visuel du spectateur est singulièrement agrandi. Sur la côte septentrionale de l'Allemagne, où ce type de mirage est commun, on parle de Kimmung. La même situation peut également s'observer en mer. Les navigateurs observent des mirages dans des circonstances similaires. La température de la mer, plus froide que cille des couches calmes superposées, rend leur densité décroissante de bas en haut et l'image renversée des cites ou des navires éloignés se dessine sur l'atmosphère. Le capitaine Scoresby a fait un grand nombre d'observations semblables dans les parages du Groenland. 
« Le 19 juin 1822, dit ce marin dans une de ses relations, le soleil était très chaud, et la côté parut subitement rapprochée de 25 à 35 kilomètres; les différentes éminences étaient tellement relevées, que du pont du navire on les voyait aussi bien qu'auparavant de la hune de misaine. La glace à l'horizon prenait des formes singulières; de gros blocs figuraient des colonnes; des glaçons et des champs de glace ressemblaient  à une chaîne de rochers prismatiques; sur beaucoup de points la  glace parut en l'air à une assez grande distance au-dessus de l'horizon. Les navires qui se trouvaient dans le  voisinage avaient les aspects, les plus bizarres; dans quelques-uns la grande voile semblait réduite à rien, tandis que la voile de misaine paraissait quatre fois plus grande qu'elle  ne l'est; les huniers semblaient rapetissés. Au-dessus des navires éloignés on voyait leur propre image renversée et agrandie; dans quelques cas elle était assez élevée au-dessus du navire, mais alors elle était toujours plus petite que l'original. On vit, pendant quelques minutes, l'image d'un navire qui lui-même était au-dessous de l'horizon. Un navire était même surmonté de deux navires, l'un droit, l'autre renversé. »
Quelques jours plus tard Scoresby vit les mêmes apparences : 
« Le phénomène le plus curieux, continue-t-il, c'était de voir l'image renversée et parfaitement nette d'un navire qui se trouvait au-dessous de notre horizon. Nous avions observé des apparences semblables, mais ce qu'il y avait de particulier dans celle-ci, c'était la netteté de l'image et le grand éloignement du navire qu'elle représentait. Ses contours étaient si bien marqués, qu'en regardant cette image à travers une lunette de Dollond, je distinguais les détails de la voilure et de la coque du navire; je reconnus le navire de mon père, et quand nous comparâmes nos livres de loch, nous vîmes que nous étions alors à 55 kilomètres l'un de l'autre, savoir 31 kilomètres au-delà de l'horizon réel, et plusieurs myriamètres au-delà des limites de la vue distincte. »
Le mirage latéral.
Parmi les variétés, du phénomène, celle que Soret et Jurine ont observée sur le lac de Genève et qu'on doit appeler mirage latéral, n'est pas la moins curieuse. Ils se trouvaient au deuxième étage d'une maison située sur le rivage et regardaient avec une longue-vue plusieurs barques à la voile qui se dirigeaient de droite à gauche vers le milieu du lac, pendant que près de la côte ce même groupe de barques, paraissait faire route de gauche, à droite. C'était une illusion analogue au mirage égyptien et qu'on explique de la même manière. Sur la côte, l'air était resté dans l'ombre une partie de la matinée, tandis qu'au large il avait été échauffé par le Soleil; de là, dans l'atmosphère, des couches verticales de densités décroissantes demeurées immobiles pendant le calme.

La Fata Morgana.
Quand, au lieu de se produire dans des couches planes et régulières, les réfractions et les réflexions s'accomplissent dans des couches courbes et irrégulières, on a un mirage où les images sont déformées dans tous les sens, brisées ou répétées plusieurs fois, éloignées les unes des autres à des distances considérables. C'est ce qui arrive dans la fantastique vision aérienne, attribuée jadis à une fée, la Fata Morgana ( fée Morgane), qui attire quelquefois le peuple sur le rivage de la  mer à Naples et  à Reggio, sur la côte de Sicile. Le phénomène a surtout lieu le matin, à la pointe du jour, lorsque règne un calme complet.

« Sur une  étendue de plusieurs lieues, dit un témoin de ce spectacle extraordinaire, je vis la mer des côtes de Sicile prendre l'apparence d'une chaîne de montagnes  sombres, tandis  que les eaux, du coté de la Calabre, restèrent parfaitement unies. Au-dessus de celles-ci on voyait, peinte en clair-obscur, une rangée de plusieurs milliers de pilastres, tous égaux  en élévation, en distancé,  et  en degrés de lumière et d'ombre. En un clin d'oeil ces pilastres perdirent la moitié de leur hauteur, et parurent se replier en arcades et en voûtes comme les aqueducs des Romains. On vit ensuite une longue corniche se former sur le sommet, et on, aperçut une quantité innombrable de châteaux, tous parfaitement semblables. Bientôt ils se fondirent, et formèrent des tours qui disparurent aussi pour ne plus laisser voir qu'une colonnade, puis des fenêtres, et finalement des pins, des cyprès, répétés aussi un  grand nombre de fois. »

La Fata Morgana sur le détroit de Messine, 
d'après une estampe de Guglielmo Fortuyn (1773).
Source :  Parco Ecologico San Jachiddu.

Et d'autres encore...
Quelquefois ces objets se peignent dans le ciel à une assez grande hauteur au-dessus de l'horizon. Les uns se meuvent avec beaucoup de vitesse, les autres sont en repos. Leurs contours brillent parfois de couleurs irisées. A mesure que la lumière augmente, les formes deviennent plus aériennes, et elles s'évanouissent quand le Soleil se montre dans tout son éclat.

Un mirage extraordinaire a été observé le 13 avril 1869, dans la Manche. Voici comment il est décrit par un voyageur placé à deux heures  de l'après-midi à Folkestone :

 « On pouvait voir les côtes de France, de puis Calais jusqu'à plusieurs milles au delà de Boulogne; cette dernière ville étant ordinairement invisible, comme située au-dessous de l'horizon. Immédiatement au-dessous de l'image droite des côtes, il y avait une image renversée d'une hauteur double de la première. Le phare du cap Gris-Nez donnait cinq images en ligne verticale; la plus basse était droite et seulement un peu amplifiée. Au-dessus, mais séparément, s'élevait un couple d'images du centre et du faîte du bâtiment, l'une droite et les autres renversées; et encore au-dessus un autre couple, l'image renversée égale à la première, mais l'image droite représentant le bâtiment tout entier. Au-dessus de Boulogne il y avait dans l'air deux images des doubles cheminées et du mât d'un remorqueur. L'image inférieure était droite et la supérieure renversée; la fumée formait.deux couches tendant, l'une en haut, l'autre en bas, toutes deux vers l'ouest, jusqu'à leur jonction. Autant que j'ai pu le savoir, le seul remorqueur près de Boulogne était dans le port. La cathédrale était très visible, mais ne donnait qu'une image. Vers le sud-ouest et au delà des côtes de France, on observait des bateaux pêcheurs, la coque en bas, de manière à faire déterminer avec certitude la position de l'horizon. Jusqu'à trois heures, ils n'eurent que l'apparence ordinaire; mais au-dessus d'eux il y avait deux couples d'images de vaisseaux qui, ordinairement, eussent, été invisibles. A certains moments, on put observer trois et même quatre couples en ligne verticale, la ligne inférieure renversée dans chaque couple. Excepté le couple le plus élevé, les images ne semblaient représenter que la voile du grand perroquet, mais très allongée. L'image droite, la plus haute, représentait les mâts de misaine, le beaupré et le grand foc; on ne pouvait voir les coques. Dans tous les cas, les images renversées avaient environ une hauteur double des images droites. »
Bernardin de Saint-Pierre (1737-1814) rapporte le fait suivant :
« Un phénomène très singulier m'a été raconté par notre célèbre peintre Vernet, mon ami. Étant, dans sa jeunesse, en Italie, il se livrait particulièrement à l'étude du ciel, plus intéressante sans doute que celle de l'antique, puisque c'est des sources de la lumière que partent les couleurs et les perspectives aériennes qui font le charme des tableaux ainsi que de la nature. Vernet, pour fixer les variations, avait imaginé de peindre sur les feuilles d'un livre toutes les nuances de chaque couleur principale et de les marquer de différents numéros. Lorsqu'il dessinait un ciel, après avoir esquissé les plans et la forme des nuages, il en notait rapidement les teintes fugitives sur son tableau avec des chiffres correspondants à ceux de son livre, et il les colorait ensuite à loisir. Un jour, il fut bien surpris "d'apercevoir au ciel la forme d'une ville renversée; il en distinguait parfaitement les clochers, les tours, les maisons. Il se hâta de dessiner ce phénomène, et, résolu d'en connaître la cause, il s'achemina suivant le même rhumb de vent, dans les montagnes. Mais, quelle fut sa surprise de trouver, à sept lieues de là. la ville dont il avait vu le spectre dans le ciel, et dont il avait le dessin dans son portefeuille!-» (Harmonies de la nature, 1814).
C'est peut-être à des effets de mirage qu'il faut rapporter une faculté extraordinaire de vision, célèbre à la Réunion. Vers la fin du XVIIIe siècle, un colon de cette île,  Bottineau, signalait des navires placés bien au delà des limites de l'horizon, jusqu'à une distance considérable. La science nouvelle qu'il prétendait avoir constituée en combinant les effets produits par les objets éloignés sur l'atmosphère et sur l'eau, était nommée par lui la Nauscopie. Il vint à Paris, muni de certificats de l'intendant et du gouverneur de l'île de France attestant la réalité de sa découverte; mais il ne réussit même pas à obtenir une audience de de Castries, alors ministre de la marine. Personne ne s'enquit des moyens par lesquels il obtenait de si étonnants résultats, auxquels un juge compétent, François Arago, ne refusait pas de croire, en cherchant si certains phénomènes crépusculaires où les ombres portées de montagnes éloignées jouent probablement un rôle, ne pouvaient pas mettre sur la voie de cet important secret. Le pauvre colon retourna dans son île, où on le vit jusqu'à la fin de sa vie passer presque tout son temps sur le bord de la mer, l'oeil fixé sur l'horizon, continuant à exciter l'étonnement de tous par l'exactitude de ses indications. (Joannis / Margollé, Zurcher / Kaemtz).
-
Le rayon vert

Rendu populaire par un roman de Jules Verne, le rayon vert est un phénomène que l'on peut, avec beaucoup de chance et pas mal de patience, observer peu avant le coucher du Soleil. Quand celui-ci, très bas sur l'horizon commence à disparaître, on assiste à un rapide flash généralement de couleur verte (mais parfois aussi jaune, et plus rarement encore bleue ou violette), au-dessus du disque. Le même phénomène peut en principe s'observer peu après le lever du Soleil, mais il est encore plus difficile à saisir au vol. 
-


 Rayon vert photographié à la Réunion.
(Source : L'Uranoscope de l'île de France.
Image : M. Tlouzeau et J. -P. Godard).

Le rayon vert est causé par la variation de la réfraction atmosphérique à proximité de l'horizon. L'expolication en est complexe, mais on peut en donner une simple (et incomplète) en notant que les radiations lumineuses sont affectées différemment par la réfraction, et donc plus ou moins déviées, l'image verte ou bleue du Soleil n'est pas exactement positionnée au même endroit que l'image rouge, elle ne disparaît pas sous l'horizon en même temps. Il s'agit en somme de l'effet de démultiplication des images qui rappelle celle qu'on observe avec les mirages, et qui peut aussi, comme dans les cas des mirages, se présenter de diverses manières.

Ajoutons qu'il existe aussi un rayon rouge, évidemment beaucoup moins spectaculaire que le rayon vert, mais dont l'origine est la même. Comme on peut s'y attendre, il apparaît au-dessous du disque solaire.



En librairie - David Lynch, William Livingston, (préf. Pierre Léna), Aurores, Mirages, éclipses, Dunod, 2002;


[La Terre][Cartotheque][Constellations]

[Pages pratiques][Aide][Recherche sur Internet]

© Serge Jodra, 2004. - Reproduction interdite.