Par la grâce de Jupiter

Entretien avec Alessandro Morbidelli

Alessandro Morbidelli est, depuis 2023, professeur au Collège de France à la chaire Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes. Planétologue à l’Observatoire de la Côte d’Azur, et directeur du Programme national de planétologie du CNRS de 2010 à 2018, il a consacré ses recherches à la formation et l’évolution des systèmes planétaires, et participé à la mise au point du modèle de Nice, qui se fonde sur des simulations numériques pour montrer que la structure du système solaire résulte de la migration de ses planètes géantes de l’intérieur vers leur position actuelle.

Sa leçon inaugurale, Déterminisme et stochasticité des processus de formation planétaire, a été publiée aux éditions du Collège de France (2024), et il est l’auteur de Retracer l’histoire du système solaire, dans la collection « Les grandes voix de la recherche » de CNRS Éditions (2025).

L’histoire du système solaire n’est pas un récit achevé. Pour Alessandro Morbidelli, « comprendre comment il s’est formé, quelles sont les différentes étapes qui l’ont façonné », à partir de son état actuel, « reste toujours une entreprise difficile ». En particulier, la modélisation des premiers millions d’année reste la plus délicate, « quand le soleil était encore entouré d’un disque de poussières, qu’on appelle disque protoplanétaire ». Comment sont apparus les premiers petits corps, comment se sont-ils agrégés pour donner naissance aux planètes et par quels processus ? Les hypothèses ne manquent pas. L’étude des chondrules offre quelques indices, ces petits grains présents dans les météorites, mesurant environ 1mm et issus d’une fusion à très haute température avant un refroidissement rapide.

Des géantes gazeuses qui migrent

Selon le modèle aujourd’hui privilégié, le disque protoplanétaire, qui se serait formé à proximité de l’étoile, se serait dans un second temps étalé, avant que ne se forment des corps identifiables à deux endroits différents, à la ligne de glace – distance de l’étoile à laquelle l’eau condense – et à la ligne des silicates – où se forment les roches. « Ces deux sites sont à l’origine des noyaux des planètes géantes (à la ligne de glace) et des planètes telluriques (silicates). Ensuite, les planètes géantes ont capturé les gaz et auraient dû migrer », et se rapprocher du soleil, mais « le jeu entre Jupiter et Saturne a minimisé leur migration », ce qui explique que les géantes gazeuses soient aussi loin du Soleil, au lieu d’être, comme dans de nombreux systèmes planétaires, plus ou moins à la place de la Terre.

Pourtant, les planètes géantes auraient bel et bien changé d’orbite à un point de l’histoire du système solaire, redistribuant les petits corps restants et à l’origine de sa structure singulière et notamment des conditions particulières à la Terre, comme le souligne Alessandro Morbidelli. « Je pense que la formation de Jupiter a été un événement clé, en divisant le disque en deux et en empêchant le passage du disque externe vers le disque interne et inversement. » De même, le choc ayant donné naissance à la Lune a pu stabiliser l’axe de rotation de la Terre, et a probablement participé à homogénéiser sa structure, à établir le mécanisme de convection à l’origine de son champ magnétique. Enfin, l’établissement de la structure duale spécifique du système solaire est lié à ses orbites planétaires quasiment circulaires, et non elliptiques, évitant les très importantes variations de température observées au sein d’autres systèmes planétaires.

Ce que nous apprennent les exoplanètes sur notre système solaire

La découverte des exoplanètes depuis les années 1990 a révolutionné la façon de voir notre propre système solaire, ainsi que l’explique Alessandro Morbidelli : « Aujourd’hui, on sait que le système solaire est clairement minoritaire parmi les archétypes de systèmes planétaires possibles dans la galaxie. Cela a changé complètement notre manière de réfléchir. Les modèle pour construire ces systèmes peuvent accepter d’intégrer des contingences et ne doivent pas reproduire le système solaire de façon déterministe parce qu’il y a beaucoup de systèmes différents. » L’observation des planètes extrasolaires permet ainsi d’élaborer des modèles de synthèse planétaires afin de mieux approcher leur variété observable, dans les proportions désormais détectées.

Si le système solaire observable est bien connu, certains indices ou perturbations permettent aussi de déduire l’existence de structures impossibles à observer directement. Il en va ainsi de la ceinture de Oort, nuage de petits corps située de 2 000 à 200 000 unités astronomiques du Soleil, ou encore de Planète Neuf, dont l’existence supposée résulte des particularités observées de l’orbite d’objets transneptuniens. Les actuels relevés de l’observatoire Vera Rubin, au Chili, devraient permettre de découvrir un plus grand nombre d’objets distants. Dès lors, « on pourra vraiment affirmer s’il y a une anomalie dans la distribution des objets distants ou pas. »