Résonances de Schumann

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Schumann resonance 01.png
Schumann resonance 02.png

Les résonances de Schumann sont un ensemble de pics spectraux dans le domaine d'extrêmement basse fréquence (3 à 30 Hz) du champ électromagnétique terrestre. Ces résonances globales dans la cavité formée par la surface de la Terre et l'ionosphère, qui fonctionne comme un guide d'onde, sont excitées par les éclairs. Le mode principal a une longueur d'onde égale à la circonférence de la planète et une fréquence de 7,8 Hz. Sont présentes, en plus de la fondamentale à 7,8 Hz, des harmoniques à 14,3 Hz, 20,8 Hz, 27,3 Hz et 33,8 Hz. Ces valeurs présentent une légère excursion de fréquence, précisées dans la page originale.

Elles sont nommées d'après le physicien allemand Winfried Otto Schumann qui les prédit dans les années 1950. Elles furent observées dans les années 1960.

Prédiction et observation[modifier | modifier le code]

La prédiction des résonances de Schumann est attribuée au physicien allemand Winfried Otto Schumann qui en avait anticipé l'existence dans les années 1950[1],[2], mais il fallut attendre une décennie pour qu'elles soient mesurées[1],[3],[4]. George Francis Fitzgerald (en 1893) et Nikola Tesla (en 1900) avaient déjà émis l'idée que la cavité surface-ionosphère puisse servir de guide d'onde dont ils avaient calculé l'ordre de grandeur du mode principal et émis l'idée que les orages puissent exciter la résonance[1].

Théorie[modifier | modifier le code]

Dans l'hypothèse d'une ionosphère et d'une surface terrestre de conductivité électrique infinie, les résonances vérifient la formule :

f_n = \frac{c}{2\pi R_\mathrm{T}} \sqrt{n(n+1)}

En raison de la conductivité finie de la Terre et de l'ionosphère, les pics se situent à une fréquence plus basse que celle qui est prédite par la théorie[1] et sont plus écartés sur le spectre électromagnétique. De plus, des asymétries sont liées à l'alternance jour-nuit, à la variation longitudinale du champ magnétique terrestre, à des perturbations ionosphériques et à l'absorption par les calottes polaires.[réf. nécessaire]

Sources[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. a, b, c et d (en) J. D Jackson, « Examples of the Zeroth Theorem of the History of Science, soumis à l'American Journal of Physics en 2007 [lire en ligne]
  2. (de) W. O. Schumann, « Über die Dämpfung der elektromagnetischen Eigenschwingnugen des Systems Erde – Luft – Ionosphäre » dans Zeitschrift und Naturforschung, vol. 7a (1952), p. 250-252
  3. (en) M. Balser et C. Wagner, « Observations of earth-ionosphere cavity resonances », dans Nature, vol. 638 (1960), p. 641
  4. (en) M. Balser et C. Wagner, « On frequency variations of the earth-ionosphere cavity modes », in J.G.R, vol. 67 (1962), p. 4081-4083
  5. (en) Kristian Schlegel et Martin Füllekrug, 50 years of Schumann Resonance, traduction d'un article paru dans Physik in unserer Zeit, vol. 33 n° 6 (2002), p. 256-26 [lire en ligne]