A) Le fonctionnement du mirage

Bien que l'on distingue plusieurs sortes de mirages, ils obeissent tous a la même loi : celle de l'optique géométrique qui gouverne la trajectoire des rayons lumineux en milieu non homgène.

1) La loi de Snell-Descartes

Un milieu optique est caractérisé par un indice, dit indice de réfraction qui "mesure" la vitesse de la lumière dans ce milieu. Plus cet indice est élevé, plus la lumière se propage lentement dans ce milieu. L'indice de réfraction de l'air dépend de sa densité et donc de sa température. Plus la densité ou la température est élevée et plus l'indice est faible.

La loi fondamentale de l'optique géométrique, le principe de propagation rectiligne de la lumière, n'est valable que dans un milieu homogène dans lequel l'indice de réfraction est le même partout. Plus généralement, le chemin emprunté par la lumière est celui pour lequel le temps de parcours est extremum (minimum ou maximum) : c'est le principe de Fermat dont découlent les lois de Descartes sur la réfraction et la réfraction.

2) application dans le cas des mirages

Dans un milieu non homogène dont l’indice varie de façon continue, les rayons lumineux suivent des trajectoires courbes. Par exemple , l’indice de l’air atmosphérique décroît progressivement à partir du sol . De même, les couches d’air voisines du sol peuvent être chauffées, et donc devenir moins denses qu’au-dessus, au point de rendre possibles des trajectoires telles que le rayon courbé de la figure , qui illustre le phénomène de mirage.