En 1963, l'Armée de l'Air française émet une demande pour un avion multirôles capable aussi bien de missions d'interception à vitesse supersonique que de pénétration à basse altitude par tous les temps. Elle demande également un rayon d'action supérieur à celui du Mirage III et exige que l'avion puisse utiliser des pistes courtes ou des terrains rudimentaires avec une vitesse d'approche inférieure à 140 n½uds (260 km/h).
De son côté, Dassault commence aussitôt à travailler sur un projet désigné Mirage III F, appareil équipé d'un réacteur américain Pratt et Whitney TF-106 et d'une aile en flèche dotée de dispositifs hypersustentateurs réduisant la vitesse de décrochage. En effet, l'aile delta utilisée jusqu'ici sur les Mirage III impose des vitesses trop élevées lors de l'atterrissage. En 1965, trois prototypes d'une version biplace désignée Mirage III F2 sont commandés.
Le Mirage F1 C entre en service dans l'Armée de l'Air fin 1973 au sein du prestigieux Escadron de chasse 2/30 Normandie-Niemen stationné sur la Base aérienne 112 Reims-Champagne, où les premiers F1 C se posent le 20 décembre. Il faudra au total huit ans pour que se termine la transformation des escadrons composant la 30e Escadre de chasse (basée à Reims), la 5e Escadre de chasse (basée à Orange) et la 12e Escadre de chasse (basée à Cambrai), sans oublier l'Escadron de chasse 1/10 Valois transféré à Reims en 1985 pour intégrer la 30e Escadre de chasse. Rapidement, de nouveaux volets sont installés pour améliorer la manoeuvrabilité de l'appareil en combat aérien. Un détecteur d'alerte radar est ajouté au sommet de la dérive à partir du 71e exemplaire. Enfin, à partir du 84e exemplaire, une perche de ravitaillement en vol est montée en série. Cette perche est fixe mais peut être démontée au sol. Les exemplaires qui en sont pourvus sont désignés Mirage F1 C-200."
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