Comme nombre de ses collègues, cet article aura pour but d'expliquer un phénomène très courant, que tout le monde a déjà observé, sans peut-être toujours pouvoir le comprendre. Notre question du jour sera donc : pourquoi l'air se trouble-t-il au voisinage d'objets chauds ?

Pour répondre à cette question, nous allons devoir simplement prendre en compte le fait que l'air est un gaz, et plus précisément un gaz transparent(1).

Que pouvons-nous déduire de cette précieuse information ? Eh bien, tout d'abord, si l'air est un gaz transparent, nous pouvons voir à travers. Ce qui veut dire que la lumière visible peut traverser l'air sans être absorbée par celui-ci.
Or, comme vous le savez peut-être, si vous avez lu cet article, les milieux transparents ont tous un effet de réfraction sur la lumière, on dit qu'ils sont réfringents. C'est-à-dire que les rayons lumineux changent légèrement de direction lorsqu'ils passent d'un milieu transparent à un autre, sauf s'ils arrivent parfaitement perpendiculairement à la surface de séparation.

Deuxième conséquence, lorsque l'air chauffe, au contact d'un feu par exemple, il s'élève (car l'air chaud monte), mais ne le fait pas de façon parfaitement régulière : c'est une montée turbulente, qui n'est pas rectiligne. Près d'un feu, l'atmosphère n'est plus du tout homogène d'un point de vue thermique, les courants d'air chaud et d'air froid se mêlent en un joyeux tohu-bohu, décrivant des méandres et étant lieux de nombreux échanges de chaleur.

Il ne nous reste qu'à considérer une propriété de la réfraction : un milieu possède un indice de réfraction, c'est une valeur qui lui est propre qui détermine la déviation qu'il impose aux rayons lumineux.
Attention, la déviation se fait toujours lors du passage d'un milieu à un autre, par conséquent, c'est la différence d'indice qui déterminera la « quantité de déviation ». Il y aura donc très peu de réfraction lors du passage d'un milieu extrêmement réfractant à un milieu encore un peu plus réfractant, alors qu'il y en aura beaucoup lors du passage d'un milieu pas du tout réfractant à un milieu assez réfractant.

Une chose intéressante à considérer est que l'indice de réfraction d'un gaz varie avec sa température. En effet, la température d'un gaz influe sur son volume, et donc sur sa densité, et on imagine bien que la densité d'un milieu joue sur son indice de réfraction(2).

Avec toutes ces informations, tout s'explique ! Les rayons lumineux, lorsqu'ils traversent la zone de turbulence, sont réfractés successivement par différentes couches d'air, et arrivent jusqu'à nos yeux, mais en ayant été déviés. L'image des objets situés derrière cette zone sera donc déformée. Comme les turbulences thermiques autour du feu seront très variables, ce phénomène se fera en continu, et les réfractions successives subies par les rayons de lumière seront à chaque fois différentes. Les objets situés derrière la zone de chaleur nous paraitront donc flous et mouvants.

  1. (1) ↑ Ce qui, je l'espère, mettra tout le monde d'accord.
  2. (2) ↑ parce que si la densité augmente, alors il y a plus de matière susceptible de dévier la lumière dans un même volume, et donc plus de réfraction