En effet, dans le cas d’un mirage, l’air environnant est constitué d’une multitude de couches de températures différentes qui détourne le trajet de la lumière. La variation de temps entre différentes couches, le gradient d’indice, peut alors attendre 10°C par mètre.
Or, l’indice de réfraction d’un gaz diminue lorsque sa température augmente. L’air chaud, moins dense à proximité du sol fait alors dévier la trajectoire des rayons lumineux.
Un rayon dirigé vers le sol est donc susceptible de suivre un chemin courbe. L’observation, dont l’œil perçoit le rayon, à donc l’impression que l’objet est devant lui
Il y a trois types de mirages, le mirage chaud, le mirage froid et le Fata Morgana.
Le mirage chaud
Le mirage chaud ou mirage inférieur n'est pas un phénomène réservé aux déserts surchauffés. On l'observe couramment sur les routes en été : la route chauffée par le soleil occasionne un gradient de température important (air très chaud près de la route), ce qui fait varier l'indice de réfraction de l'air en fonction de l'altitude. L'œil reçoit alors la couleur du ciel par un rayon lumineux s'étant rapproché du sol avant de subir une déviation. Cela crée l'impression d'une flaque d'eau lointaine qui disparaît quand on avance.
Mirage froid
Aussi appelés mirage supérieur, c'est le contraire des mirages chauds ou inférieurs : les couches les plus chaudes se trouvent élevées dans l'atmosphère alors que les couches les plus froides sont près du sol. Avec la rotondité de la terre, tout objet au delà de la ligne d'horizon peut alors apparaître.
Le Fata Morgana
Certaines situations exceptionnelles combinent les mirages inférieurs et supérieurs, donnant alors une image irréelle au paysage lointain. Ce phénomène, observable notamment dans le détroit de Messine, avait été attribué par les Anciens à la fée Morgane. D'où le nom de cette manifestation curieuse des propriétés des rayons lumineux.
Le mirage n'est pas une illusion d'optique mais une réalité optique que l'homme soit présent ou non (donc objective). Le mirage n'a rien d'irrationnel : il s'explique par l'optique géométrique et les lois de la réfraction.
En effet elle est essentiellement due à la réfraction des rayons lumineux émis par un objet (ex : oasis, eau …) dans des couches d’air et de densité différentes. Le principe du phénomène du mirage repose essentiellement sur les loi fondamentales de l’optique géométriques : les lois de Descartes.
Deuxième loi de Descartes : n1x sin i1= n2 x sin i2
