3. Réflexion et réfraction

Les  mirages sont bien connus : par beau temps, le goudron des routes ou le sable du désert sont extrêmement chauds, ainsi l'air près du sol est plus chaud que l'air en hauteur. L'air étant un gaz, sa densité dépend fortement de la température : plus il est chaud, moins il est dense, et moins il est dense, plus son indice optique se rapproche de la valeur du vide : 1. Ainsi, plus on se rapproche du sol, plus l'indice optique de l'air est faible : on dit qu'il y a un gradient d'indice, certains rayons lumineux descendants vont subir une réflexion totale et donc remonter : une personne observant cette partie de la route ou du sable va avoir l'impression que des rayons sont réfléchis par le sol, comme s'il y avait une flaque d'eau. Ajoutez à cela que l'air est en perpétuel mouvement, et vous comprendrez pourquoi cette image réfléchie ne semble pas nette, comme s'il y avait des vagues sur la flaque... sensation de mirage garantie !

Beaucoup moins connus sont les mirages inverses ou "mirages froids" : dans certains cas, il se peut que l'air froid soit en bas et l'air chaud en haut, ce qui arrive plus fréquemment en mer puisque l'eau a une forte inertie thermique (elle chauffe ou se refroidit beaucoup plus lentement que l'air). On a donc le schéma précédent, mais inversé : les couches d'air proches de l'eau sont froides parce que la mer l'est (par exemple le matin) et les couches d'air plus hautes sont chaudes. Ainsi l'image semble provenir "d'en haut"... c'est en grande partie ce phénomène qui a donné naissance à la légende du Hollandais volant (lien vers les explications du site maxisciences).