Physique de la résonance de Schumann

La surface de la Terre, dont la circonférence est d'environ 6 500 km, et le bord inférieur de l'ionosphère, qui commence à une hauteur d'environ 100 km, définissent une cavité dans laquelle se propagent les ondes électromagnétiques.

Une source électromagnétique à large bande, comme la foudre, excite la cavité, formant un état résonant à condition que la circonférence équatoriale moyenne soit approximativement égale à un nombre entier de longueurs d'onde des ondes électromagnétiques. Ce phénomène, appelé résonance de Schumann (RS), correspond aux oscillations électromagnétiques de la cavité surface-ionosphère. Environ 2 000 orages se produisent sur Terre à chaque instant et environ 50 éclairs se produisent chaque seconde. Chaque éclair crée des ondes électromagnétiques qui commencent à tourner autour de la Terre, coincées entre la surface terrestre et les couches inférieures de l'ionosphère.

Une onde qui circule autour de la Terre se rejoint d'une manière telle qu'elle coïncide complètement avec elle-même (c'est-à-dire que la crête et les creux sont parfaitement alignés) et le phénomène de résonance se développe de telle sorte que l'amplitude de l'onde d'origine est amplifiée.

La Terre peut être considérée comme une sphère presque conductrice, entourée d'une atmosphère qui est essentiellement une fine couche diélectrique qui s'étend jusqu'à l'ionosphère, pour laquelle la conductivité est également substantielle.

Les décharges électriques atmosphériques, comme la foudre, génèrent des ondes électromagnétiques qui se propagent entre la surface et la limite inférieure de l'ionosphère (environ 100 km). Ces deux couches forment une cavité résonante, supportant des ondes électromagnétiques longitudinales et transversales. Les ondes électromagnétiques stationnaires induites ont des longueurs d'onde liées au rayon de la cavité. Les fréquences moyennes mesurées des cinq modes d'ondes les plus bas sont d'environ 7,8, 14,3, 20,8, 27,3 et 33,8 Hz, ce qui correspond à la gamme des fréquences extrêmement basses (ELF).

Perspective historique

Le phénomène doit son nom à l’ingénieur électricien allemand Winfried Otto Schumann, qui a appliqué le modèle de cavité résonnante à la cavité Terre-ionosphère en 1952 et publié les résultats obtenus dans plusieurs articles [Schumann, 1952]. Bien que Schumann ait initié l'étude moderne de la propagation des ELF, deux noms émergent parmi les scientifiques qui connaissaient au moins le mode ELF le plus bas autour de la Terre.

Les scientifiques sont Nicola Tesla, inventeur, physicien et ingénieur serbo-américain qui a étudié des phénomènes similaires au début du 20e siècle (1900-1905), et George Francis FitzGerald, physicien théoricien irlandais de 1893, qui devrait en fait être considéré comme le premier à avoir théoriquement prédit ce phénomène.

Certains affirment que Tesla a effectivement observé la résonance. Cependant, comme dans ce cas et dans de nombreux autres liés à ses travaux, aucune preuve écrite ne vient étayer ces affirmations. Tesla a suggéré que la Terre elle-même pouvait être mise en résonance à des fréquences de l'ordre de 10 Hz. Il a suggéré que l'énergie était réfléchie à l'antipode de son émetteur de Colorado Springs, de telle sorte que les ondes stationnaires se formaient. Dans le brevet américain 787 412 déposé le 16 mai 1900 et délivré le 18 avril 1905, Tesla écrit :

Pour l'instant, il suffira d'affirmer que la planète se comporte comme un conducteur parfaitement lisse ou poli, de faible résistance, dont la capacité et l'auto-induction sont uniformément réparties le long de l'axe de symétrie de propagation des ondes et transmettant de lentes oscillations électriques sans distorsion ni atténuations notables. Par ailleurs, les trois conditions susmentionnées semblent essentielles à l'établissement de la condition de résonance.

Premièrement. Le diamètre de la Terre passant par le pôle devrait être un multiple impair du quart de la longueur d'onde — c'est-à-dire du rapport entre la vitesse de la lumière et quatre fois la fréquence des courants.

Deuxièmement. Il est nécessaire d'utiliser des oscillations dont le taux de rayonnement d'énergie dans l'espace, sous forme d'ondes hertziennes ou électromagnétiques, est très faible. Pour donner une idée, je dirais que la fréquence devrait être inférieure à vingt mille par seconde, bien que des ondes plus courtes soient envisageables. La fréquence la plus basse semble être de six par seconde, auquel cas il n'y aura qu'un seul nœud, au niveau ou à proximité de la plaque de base, et, aussi paradoxal que cela puisse paraître, l'effet augmentera avec la distance et sera maximal dans une région diamétralement opposée à l'émetteur. Avec des oscillations encore plus lentes, la Terre, à proprement parler, ne résonnera pas, mais agira simplement comme une capacité, et la variation de potentiel sera plus ou moins uniforme sur toute sa surface.

Troisièmement. L'exigence la plus essentielle est cependant que, quelle que soit la fréquence, le train d'ondes doit continuer pendant un certain intervalle de temps , que j'ai estimé à au moins un douzième ou probablement 0,08484 de seconde et qui est pris en passant vers et en revenant de la région diamétralement opposée au pôle sur la surface de la Terre avec une vitesse moyenne d'environ quatre cent soixante et onze mille deux cent quarante kilomètres par seconde.

En savoir plus sur les aspects physiques et techniques de la SR

Le mode fondamental de l'onde SR correspond approximativement à une onde dont la longueur d'onde est égale à la circonférence de la Terre, soit environ 6 500 km. La résonance transversale est principalement un phénomène local qui renseigne sur la hauteur et la conductivité locales de la basse ionosphère, ainsi que sur l'activité orageuse à proximité. La résonance transversale n'est pas la fréquence de résonance générée par la Terre, qui est de 10 Hz, comme l'a découvert Tesla.

Les oscillations électromagnétiques (SR) désignent le circuit électrique global de la Terre, constitué des fréquences qui traversent la cavité entre la surface terrestre et l'ionosphère. L'ionosphère est une région hautement conductrice du plasma cosmique [Nikolaenko et Hayakawa, 2014]. L'espace entre la Terre et l'ionosphère est une cavité fermée capable de supporter des ondes quasi stationnaires à des longueurs d'onde de dimension planétaire.

La conductivité électrique de l'atmosphère est en grande partie due aux rayons cosmiques. Elle augmente de façon exponentielle avec l'altitude, car la basse atmosphère amortit la fréquence des collisions.

L'ionosphère commence à environ 90 kilomètres de la surface terrestre et s'étend sur plus de 300 kilomètres. Elle est constituée de particules chargées constamment exposées au rayonnement ultraviolet non protégé du Soleil, qui décompose les molécules et les atomes, provoquant ainsi le remplissage de l'ionosphère par les ions hautement chargés et les électrons libres qui en résultent, créant ainsi une « centrale électrique spectrale ». La foudre émet des champs électromagnétiques à large bande (c'est-à-dire de grande fréquence) qui se propagent latéralement dans la cavité, et le spectre de résonance est la superposition de décharges de foudre globales.

Les orages mondiaux excitent les résonances de Schumann, observables autour de 7,8, 14, 20, 26, 33, 39 et 45 Hz [Nikolaenko et Hayakwa, 2014]. Ces valeurs sont constantes et ne peuvent être modifiées que si notre planète change de diamètre. D'autres sources de RS incluent (1) la composante verticale des décharges internuageuses et intranuageuses, (2) un électrojet auroral qui s'écoule horizontalement dans la limite supérieure de la cavité à des altitudes d'environ 100 km et (3) les sifflements ELF, qui sont des signaux étroits qui proviendraient d'ondes de dérive de plasma dans la magnétogaine diurne et pénétreraient dans la cavité Terre-ionosphère par la cuspide polaire.

L'utilité des ondes électromagnétiques ELF est multiple. La première réside dans le fait que la pénétration de l'énergie dans les milieux conducteurs s'améliore avec la baisse de fréquence. De plus, grâce à leur longueur d'onde extrêmement grande (comme mentionné précédemment, une onde de fréquence Schumann f = 7,83 Hz a une longueur d'onde de 6 500 km, soit la circonférence de la Terre), la structure conventionnelle à fine échelle du milieu ne déforme pas sérieusement les fronts d'onde et n'atténue pas les signaux. En revanche, certaines propriétés du milieu, invisibles aux fréquences plus élevées, jouent un rôle dans la détermination des caractéristiques de propagation.

Il a été confirmé qu’un courant électrique atmosphérique occasionnel entre le sommet des nuages et l'ionosphère provoque des événements transitoires suffisamment importants, appelés transitoires ELF, et excite la cavité Terre-ionosphère à une amplitude qui peut dépasser le bruit de fond par des facteurs de 10 à 20 ou plus [Nikolaenko et Hayakwa, 2014]. 

Il existe des preuves que les transitoires ELF coïncident avec des événements optiques transitoires (TLE), tels que les sprites rouges (c'est-à-dire un événement lumineux transitoire à 55-80 km avec une durée de vie de quelques dizaines de ms) et les elfes (c'est-à-dire un événement lumineux transitoire dans la plage d'altitude entre 70 et 90 km avec une durée de vie inférieure à 1 ms).

Trois sources de bruit interfèrent avec le SR : (1) les pulsations géomagnétiques, dont l'amplitude est bien supérieure à celle du SR et peuvent interférer avec la fréquence de résonance de 7,8 Hz ; (2) le rayonnement des lignes électriques à moyenne échelle et la foudre à proximité ; et (3) les signaux électromagnétiques locaux ou induits mécaniquement à petite échelle. Ces données de bruit peuvent être intégrées aux données ELF dans la bande SR, car leur fréquence d'occurrence est relativement faible.

Outre les aspects techniques qui sont extrêmement importants pour divers types de communication, les SR sont extrêmement importants pour la santé humaine.

Santé humaine et résonance Schumann

En raison des exigences homéostatiques, les êtres humains possèdent des systèmes neurologiques et physiologiques très développés qui doivent être maintenus dans des plages d'activité étroites. L'homéostasie est en partie maintenue dans des conditions environnementales variables, telles que les cycles climatiques quotidiens, grâce à l'utilisation de signaux de référence externes, qui font office d'horloge biologique (plutôt de métronome) et informent sur l'activation temporelle de fonctions spécifiques de l'organisme.

 

Il existe cependant un signal électromagnétique ELF naturel qui agit également comme une horloge biologique circadienne [Weaver, 1974]. Ce signal fait partie du spectre de Schumann, son mode de fréquence le plus bas étant de 7,83 Hz, et il n'existe aucun autre signal naturel connu présentant les caractéristiques appropriées.

 

Des données expérimentales et cliniques, ainsi que des arguments théoriques, suggèrent que les effets de la composante magnétique du champ électromagnétique sont plus importants pour l'organisme humain que ceux du champ électrique, car ces derniers peuvent pénétrer librement dans les tissus. Bien que l'amplitude typique des signaux de résonance de Schumann soit de l'ordre du picotelas et semble négligeable comparée à certains champs artificiels qui nous entourent, l'exposition à des champs électromagnétiques de basse fréquence et de faible intensité peut produire des effets biologiques [Cherry, 2003].

 

Si le cerveau humain est suffisamment sensible pour discerner les signaux naturels dans la gamme de fréquences du premier mode SR ou les champs électromagnétiques de 7,8 Hz générés artificiellement à partir du bruit de fond, la réponse humaine à la résonance de Schumann constituerait un bon indicateur de santé.

 

De nombreuses études ont identifié des effets physiques, biologiques et sanitaires significatifs associés aux variations de l'activité solaire et géomagnétique (SGMA). Les variations de l'activité solaire, de l'activité géomagnétique et des concentrations ionosphériques d'ions et d'électrons sont toutes étroitement corrélées et étroitement liées par des processus géophysiques. Une question scientifique essentielle est de savoir quel facteur de l'environnement naturel est à l'origine des effets biologiques et physiques observés.

 

Les effets comprennent une altération de la pression artérielle et des taux de mélatonine, une augmentation des cancers, des maladies reproductives, cardiaques et neurologiques, et des décès. Il a été constaté que le signal de résonance de Schumann est extrêmement fortement corrélé aux activités géomagnétiques solaires, et que le mécanisme physique qui répond aux fluctuations de ces activités est la cavité résonante dans laquelle se forme le signal de résonance de Schumann. Cela confirme fortement que les signaux de résonance de Schumann sont le mécanisme biophysique directement corrélé à l'activité géomagnétique solaire.

 

En raison de sa forte similitude avec le spectre EEG humain et des nombreuses preuves que les signaux environnementaux de la même gamme de fréquences interagissent avec le cerveau, il existe de nombreuses preuves que la fréquence de résonance de Schumann agit comme un métronome pour diverses activités physiologiques humaines.

 

Le cerveau est une source importante de signaux de très basses fréquences (EBF) transmis à l'organisme par le système nerveux, sensible aux champs magnétiques. Les ondes cérébrales et les biorythmes naturels peuvent être captés par de puissants signaux EBF externes, tels que les ondes stationnaires à la résonance de Schumann. L'entraînement, la synchronisation et l'amplification conduisent à une activité cohérente à grande échelle.

 

Par conséquent, des ondes stationnaires résonnantes émergent du cerveau, ce qui, dans des conditions spécifiques, facilite le transfert de bioinformations internes et externes, via des ondes électromagnétiques EBF [Nikolaenko et Hayakwa, 2014]. Ces ondes RS présentent un caractère non local et une communication quasi instantanée. Les rythmes et les pulsations du cerveau humain reflètent ceux des propriétés résonnantes de la cavité du guide d'ondes terrestre. Cette pulsation de fréquence naturelle représente une moyenne des mesures globales, tout comme l'EEG est une moyenne des mesures des ondes cérébrales. En réalité, les ondes RS fluctuent, comme les ondes cérébrales, en raison de la localisation géographique, de la foudre, des éruptions solaires, de l'ionisation atmosphérique et des cycles quotidiens [Nikolaenko et Hayakwa, 2014].

 

Les bandes de fréquences de l'EEG comprennent les ondes Thêta (3,5-7,5 Hz) ; Delta (moins de 4 Hz), Alpha (7,5-13 Hz) ; Bêta (14-30 Hz) et Gamma (plus de 30 Hz) ; les plages de ces ondes se chevauchent le long du spectre de fréquences de 0,5 Hz ou plus. Ces fréquences sont liées aux comportements, aux états émotionnels subjectifs, aux analogues physiologiques, etc. L'amélioration clinique grâce au biofeedback EEG se traduit par une meilleure neurorégulation des fonctions de base en exerçant une influence sur leurs mécanismes rythmiques sous-jacents .

 

La résonance de Schumann forme une boucle de rétroaction naturelle avec le corps et l'esprit humains. Notre cerveau et notre corps se sont développés dans la biosphère, conditionnée par l'impulsion cyclique définie par la résonance de Schumann. Inversement, cette impulsion agit comme un « moteur » de notre cerveau et peut également véhiculer des informations. Les processus fonctionnels peuvent être influencés et de nouveaux comportements stimulés par le réseau cérébral de rétroactions inhibitrices et excitatrices.

 

Sans signal de référence externe, les systèmes biologiques ont tendance à s'allonger dans leurs cycles périodiques, dans le cadre de leur flexibilité adaptative. Le rôle de l'horloge circadienne est de synchroniser les cycles biologiques avec les cycles quotidiens, et c'est précisément le rôle de la résonance de Schumann. Il est largement reconnu que lorsque le signal RS se situe dans sa plage normale, associée à des niveaux normaux d'activité géomagnétique solaire, le processus de synchronisation est sain. Lorsque des niveaux extrêmes de SGMA font dériver l'intensité et la fréquence du signal RS vers des valeurs extrêmes, ce mécanisme est proposé comme étant à l'origine de la modification des ondes cérébrales, altérant ainsi l'équilibre mélatonine/sérotonine, principalement par la réduction de la mélatonine lors d'activités intenses telles que les maximums solaires et les tempêtes solaires.

 

Le cycle circadien

 

Le principal processus endocrinien impliqué dans le cycle quotidien (circadien) est le système mélatonine/sérotonine . Il opère initialement entre la glande pinéale et l'hypothalamus. Une partie spécifique de l'hypothalamus, le noyau suprachiamatique, contient l'« horloge biologique ». Afin de réguler le cycle quotidien, des récepteurs de haute affinité à la mélatonine et à la sérotonine sont présents dans le cerveau et dans tout le système nerveux central, notamment les systèmes nerveux autonome et sympathique. La mélatonine module la sensibilité fonctionnelle des récepteurs à la sérotonine.

 

Le système cardiovasculaire est quotidiennement régulé par la mélatonine via des récepteurs situés dans le cœur, les artères et les poumons. La variabilité de la fréquence cardiaque est utilisée pour surveiller le système nerveux autonome, et une faible variabilité constitue un facteur de risque de maladie cardiaque. On trouve également des récepteurs de mélatonine dans d'autres organes vitaux du corps, qui participent au cycle quotidien.

 

Cela inclut l' hypophyse, qui régule la production d'hormone de croissance et de thyréostimuline . La mélatonine agit directement sur le système immunitaire par l'intermédiaire des lymphocytes T (cellules T auxiliaires), des interleukines 2 et 6 (IL-2, IL-6) et des cellules tueuses naturelles (cellules NK) via les récepteurs de la mélatonine sur les lymphocytes T [Reiter, 1994].

 

Cela renforce l'immunité naturelle et acquise. Des récepteurs de mélatonine ont été identifiés dans plusieurs organes et tissus périphériques. Par exemple, ils maintiennent la pression intraoculaire. Les organes reproducteurs possèdent également des récepteurs de mélatonine dans les testicules, la prostate, les ovaires, les glandes mammaires et d'autres organes reproducteurs. Le fœtus possède de nombreux récepteurs de mélatonine, ce qui permet à la mélatonine maternelle de communiquer in utero selon les cycles quotidiens et saisonniers.

 

Par l'intermédiaire de récepteurs, la mélatonine régule l'activité quotidienne et saisonnière . Cela implique le métabolisme, l'activité respiratoire, le cycle veille-sommeil, les temps de réaction, la température corporelle, la pression artérielle, le rythme cardiaque, le flux sanguin périphérique, les taux d'hormones et les cellules sanguines du système immunitaire. Elle implique également les organes humoraux des poumons, du cœur, des reins, de la rate, du foie et les lymphocytes du système immunitaire.

 

La mélatonine est également un antioxydant très puissant qui élimine les radicaux libres des cellules [Reiter, 1994]. Cela implique qu'une diminution de la mélatonine est associée à des maladies neurologiques, cardiaques, reproductives et cancérigènes, ainsi qu'à la mort [Reiter et Robinson, 1995].

 

L'abondance de publications scientifiques suggère que le signal de résonance de Schumann est le mécanisme biophysique responsable des effets de l'activité géomagnétique solaire sur la santé. En effet, il est détecté par le cerveau, où il interagit avec les ondes cérébrales ELF par interaction résonante avec les ions calcium des neurones, et modifie l'équilibre mélatonine/sérotonine. Par conséquent, la résonance de Schumann fournit un signal de référence ELF, de synchronisation quotidienne et saisonnière, véritable métronome de l'horloge biologique.

 

Références

 

1. CN Cherry, L'intelligence humaine : Le cerveau, un système électromagnétique synchronisé par le signal de résonance de Schumann, Medical Hypothesis 66 (2003) 843-844.

2. Cherry N., Schumann Resonances , un mécanisme biophysique plausible pour les effets sur la santé humaine de l'activité solaire/géomagnétique, Natural Hazards 26 (2002) 279–331.

3. JD Jackson, Exemples du théorème zéro de l'histoire des sciences , Am. J. Phys.8 (2008) 76.

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5. G. Mitsutakea, K. Otsukaa,*, M. Hayakawab, M. Sekiguchib, G. Cornélissenc, et F.Halberg, La résonance de Schumann affecte-t-elle notre tension artérielle ? , Biomed Pharmacother. 2005 octobre ; 59(Suppl 1) : S10–S14.

6. Persinger, MA (1976) Activité de course à pied diurne chez des rats de laboratoire après un événement géomagnétique du 5 au 6 juillet 1974. Revue internationale de biométéorologie, 20, 19-22.

7. N. Rouleau et M. Persinger, Réseaux cérébraux de l'eau interfaciale : analogues des corrélats neuronaux de la conscience dans un modèle de tête réaliste à trois coques synthétiques, Journal of Signal and Information Processing, 2014, 5, 143-154.

8. Alexander Nickolaenko et Masashi Hayakawa, Résonances de Schumann pour Tyros : Essentiels de la résonance électromagnétique globale dans la cavité Terre-Ionosphère, Springer Japon, 2014.

9. Michael A. Persinger, Sur la représentation possible des équivalents électromagnétiques de toute la mémoire humaine dans le champ magnétique terrestre : implications pour la biologie théorique, Theoretical Biology insights 1 (2008) 3-11.

10. RJ Reiter, Processus oxydatifs et mécanismes de défense antioxydants dans le cerveau vieillissant ,
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11. Reiter, RJ et Robinson, J, Mélatonine : le médicament miracle naturel de votre corps , Bantam Books, New York, 1995.

12. KS Saraoka et MA Persinger, Preuve quantitative des effets directs entre les résonances Schumann Terre-Ionosphère et l'activité corticale cérébrale humaine

13. WO Schumann, « Über die strahlungslosen Eigenschwingungen einer leitenden Kugel, die von Luftschicht und einer Ionosphärenhülle umgeben ist », Z. Naturforsch. Un 7 (1952) 149-154.

14. JR Wait, Contexte historique et introduction au numéro spécial sur la propagation des fréquences extrêmement basses (ELF) , IEEE Trans. On Communications, vol COM-22, (1974) 353-354.

15. Wever, R. Effets des champs électromagnétiques ELF sur les rythmes circadiens humains , pp. 101–144, dans : MA Persinger (éd.), ELF and VLF Electromagnetic Field Effects, Plenum Press, New York, 1974.

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