EXCLUSIF // L’astronome genevois Didier Queloz, prix Nobel de physique en 2019 pour la découverte la première planète hors du système solaire, veut maintenant découvrir la première vraie jumelle de la Terre. Son équipe a construit un instrument extrêmement précis, installé sur un télescope aux Iles Canaries, et qui doit entre en service ces prochains jours. En exclusivité, la RTS a pu l’accompagner sur place. Reportage.
« Il y a un nombre infini de mondes semblables au nôtre et un nombre infini de mondes différents. » Il y a plus de deux millénaires, le philosophe grec Épicure en faisait l’hypothèse. Aujourd’hui, la science lui donne en partie raison : à ce jour, plus de 6 000 exoplanètes ont été découvertes. Mais une question demeure – existe-t-il une véritable jumelle de la Terre ?
C’est à cette quête que s’attaque l’expérience Terra Hunting Experiment (THE), un projet ambitieux lancé sur La Palma, l’une des Iles Canaries. À sa tête, l’astrophysicien Didier Queloz, professeur à l’EPF de Zurich et à l’Université de Cambridge (Grande-Bretagne). Alors qu’il était doctorant à l’Université de Genève, c’est lui qui, avec son professeur de l’époque Michel Mayor, a découvert en 1995 la première de toutes les exoplanètes, ces planètes qui tournent autour d’une étoile autre que notre Soleil. Ce qui a valu à ce duo de recevoir le prix Nobel de physique en 2019.
Une frustration scientifique devenue moteur
Malgré les milliers d’exoplanètes détectées, aucune ne reproduit fidèlement les conditions de la Terre, en termes de constitution rocheuse, de température de surface, d’existence d’une atmosphère, ou même de localisation dans ce que les scientifiques nomment la « zone habitable » autour d’une étoile. Une situation qui intrigue autant qu’elle motive. « Il y a une petite frustration de ne pas en avoir trouvé une, admet Didier Queloz, dans le 19:30 de la RTS. Mais c’est aussi très compliqué. On en a trouvé tellement ! Maintenant, on doit s’occuper des plus difficiles : détecter une Terre autour d’une étoile comme le Soleil. »
Le défi est immense. Les méthodes actuelles favorisent la détection de planètes massives, proches de leur étoile – bien différentes de notre planète. Les analogues terrestres, eux, produisent des signaux extrêmement faibles, souvent noyés dans le bruit des mesures faites sur les étoiles elles-mêmes.
Une expérience unique au monde
La Terra Hunting Experiment se distingue par son approche : une observation systématique, patiente et répétée. « C’est une expérience qui se propose de résoudre le problème simplement en mesurant beaucoup plus longtemps, de manière systématique, des étoiles très bien sélectionnées », confie-t-il sur place. Concrètement, une cinquantaine d’étoiles similaires au Soleil seront observées chaque nuit pendant dix ans !
Et pour concrétiser cette expérience, il faut deux choses. Un instrument extrêmement précis pour analyser la lumière de ces étoiles lointaines. Mais d’abord, pour collecter cette dernière, il faut un télescope. Et c’est donc l’un des instruments emblématiques de l’Observatoire Roque de los Muchachos, là où les cieux sont parmi les plus purs du monde, qui a été choisi : l’Isaac Newton Telescope (INT).
Un télescope emblématique
Construit dans les années 1960 par la Royal Society britannique et installé aux Iles Canaries dans les années 1980 à l’Observatoire Roque de Los Muchachos, cet instrument connaît aujourd’hui une seconde vie. « Il possède un miroir principal de 2,5 m de diamètre, ce qui en faisait, lorsqu’il a été construit, l’un des plus puissants pour imager étoiles et galaxies, explique Chris Benn, astronome en chef du télescope. Mais sa productivité scientifique a baissé, donc cette expérience lui donne une nouvelle vie.»
Mais tout n’a pas coulé de source, selon Didier Queloz : « Une des premières difficultés du projet, cela a été de convaincre la communauté astronomique de me donner ce télescope pour faire un programme dédié. Autrement dit que l’INT soit utilisé uniquement pour notre expérience THE. Fonctionner ainsi n’est pas quelque chose de traditionnel dans le monde de l’astrophysique. » L’INT a donc été adapté, et entièrement robotisé, pour qu’il soit directement manipulable à distance, évitant aux scientifiques des nombreux mais aussi très chronophages voyages vers le sommet de cette sinon fascinante île des Canaries.
La nuit, lorsque l’immense coupole est ouverte, la lumière stellaire que le télescope engrange est dirigée par fibre optique jusqu’à l’étage inférieur du bâtiment. C’est là, dans une salle blanche le protégeant des poussières, notamment celles des nuages soulevés au-dessus du Sahara, et où il faut s’équiper (blouse, gants et charlotte) comme pour une opération médicale, que se trouve le joyau de ce projet: le spectrographe HARPS3. Il s’agit d’un outil à 10 millions de francs, calibré avec une précision de l’ordre du diamètre de 5 atomes, et qui sera placé sous un vide très poussé. C’est le « petit frère » de deux autres spectrographes HARPS, construits à l’Université de Genève, et installé au Chili pour le premier, et pour le second sur un télescope italien situé à quelques encablures de l’INT.
Détecter l’invisible, comme avec le son d’une ambulance
« La lumière arrivant du télescope par une fibre optique est séparée en centaines de milliers de couleurs… comme un arc-en-ciel extrêmement détaillé que l’on projette sur un détecteur », explique Samantha Thompson, cheffe du projet THE à l’Université de Cambridge. Cette décomposition spectrale permet de repérer de minuscules oscillations dans la lumière : la signature d’une planète invisible, qui fait « vaciller » son étoile sous l’effet de la gravité.
Le principe repose en effet sur ce que les astrophysiciens appellent « la méthode des vitesses radiales » : une planète en orbite exerce une attraction sur son étoile, l’entrainant dans une sorte de danse. Le couple tourne en réalité autour de son centre de gravité, situé entre l’étoile et la planète. Vue latéralement depuis la Terre, cette scène donne l’impression que la planète avance et recule de manière cyclique. Or lors de ces déplacements, la longueur d’onde de la lumière émise varie, exactement de la même manière que se modifie le son des sirènes d’une ambulance en s’approchant ou en s’éloignant d’un observateur. C’est l’ « effet Dopler ». Et plus la planète du couple est massive, plus cet effet est grand.
Mais dans le cas d’une planète semblable à la Terre, le signal observé dans la lumière de l’étoile est infime. Repérer cette oscillation revient, selon les scientifiques, à « suivre une luciole devant un feu de camp ». HARPS3, spectrographe de nouvelle génération, est toutefois capable de détecter des variations de vitesse d’une étoile de l’ordre de 10 centimètres par seconde – soit la vitesse d’un bébé qui rampe. C’est pourquoi la durée du projet est essentielle : il faut accumuler des données sur plusieurs années pour confirmer une détection fiable.
Un pari technologique et humain
Maintenir une telle précision de mesure sur une décennie représente un défi inédit. « La plus grande difficulté, c’est de garantir la stabilité sur dix ans », détaille Didier Queloz, devant un immense cylindre de trois mètres de long pour un de diamètre. « Une fois l’instrument fermé, on ne le rouvrira plus – comme un pharaon dans sa pyramide ! » Car desceller ce sarcophage perturberait les mesures.
Le projet mobilise une douzaine d’instituts de recherche et s’inscrit dans un effort mondial. D’autres initiatives, comme le projet SecondEarthSpectrograph 2ES au Chili ou les futures missions spatiales occidentales (PLATO, Roman, Ariel) ou chinoise (Earth 2.0), viendront compléter cette quête. Pour Didier Queloz, « qu’il y ait des projets concurrents souligne une chose : nous avons raison de faire ce que nous faisons ! Et puis, nous ne serons pas de trop d’être plusieurs équipes à tenter de trouver une jumelle de la Terre. L’important est qu’on en découvre une ! »
Trouver une Terre… ou redéfinir notre place
Selon les estimations, le Terra Hunting Experiment pourrait découvrir au moins deux planètes semblables à la Terre dans la zone habitable de leur étoile. Ces mondes seraient alors des cibles prioritaires pour la recherche de traces de vie. Mais l’absence de découverte serait tout aussi significative. Lorsqu’on lui demande de quantifier les chances de succès, Didier Queloz est catégorique : « Si on n’en trouve pas, cela voudrait d’abord dire qu’il faudra attendre décennies et une autre technologie pour y arriver, tant notre instrument est à la pointe de ce qu’on peut faire aujourd’hui. »
Mais surtout, selon le Prix Nobel, « cela voudrait dire que notre système solaire est très rare… Cela pose la question de la vie : en imaginant que, pour se développer, la vie telle qu’on la connaît a besoin d’une configuration semblable à la nôtre, cela voudrait dire qu’elle est très rare dans notre galaxie. Cela, je le trouverais personnellement très frustrant» Au-delà de la performance technologique, l’enjeu est donc aussi philosophique : comprendre si la Terre est une exception ou une norme dans l’univers. Pour les scientifiques, une chose est certaine : la réponse transformera notre vision du cosmos – et de nous-mêmes.
