6000 exoplanètes, et pas de « Terre » en vue ?

La traque d’une Terre bis pleine de vie

Impossible de se lasser de ce record sans cesse dépassé ! Six mille exoplanètes - des astres en orbite autour d’autres étoiles que notre Soleil - ont été découvertes depuis la première observation d’une planète extrasolaire par les astronomes Michel Mayor et Didier Queloz en 1995. Des mondes innombrables, disséminés dans l’immensité de l’Univers… mais toujours pas de preuve de vie au-delà de notre bonne vieille planète bleue, ni de jumelle de la Terre en vue. Aucune planète rocheuse, de taille comparable, orbitant autour d’une étoile semblable au Soleil, à l’atmosphère tempérée et accueillant de l’eau liquide.

Faut-il y voir un retour à la case départ, avec le sentiment persistant qu’en tant qu’humains, nous sommes seuls dans le cosmos ? Pas forcément. Les méthodes actuelles (transit, vitesse radiale ou imagerie directe) favorisent la détection des grosses planètes proches de leur étoile. Autrement dit, notre inventaire du ciel reste limité par nos capacités d’observation.

Portée par des instruments toujours plus sensibles, la chasse à une « Terre bis » ne fait donc que commencer, avec la recherche de traces de vie ailleurs, notamment dans la « zone habitable », cette périphérie de l’étoile où la température est théoriquement propice au maintien de l’eau liquide à la surface d’une planète. Mais cette notion est loin d’être suffisante : l’activité de l’étoile, la composition et l’épaisseur de l’atmosphère de la planète, son champ magnétique ou encore sa géologie interne peuvent transformer un monde prometteur en un enfer stérile dénué d’atmosphère. C’est souvent le cas des récentes observations de « super-Terre » situées en zone habitable, plus massives, plus denses ou plus riches en gaz que notre planète.

Comment étudier les exoplanètes ?

Image légendée — Infographie : Julien Tredan-Turini

Une géante gazeuse sous l’œil du James Webb

Sur les 6 000 exoplanètes identifiées à ce jour, seule une centaine ont été photographiées, mais la plupart avaient été identifiées au préalable grâce à des méthodes indirectes. En juin 2025, le télescope spatial James Webb (JWST) a pu réaliser sa première découverte d’une exoplanète par observation directe. Un exploit pour le JWST et pour l’astronomie spatiale ! En bloquant la lumière éblouissante de l’étoile TWA 7 grâce au coronographe MIRI (de construction française !), le JWST a vu la silhouette d’une planète de la taille de Saturne se détacher sur le ciel. Seules les planètes géantes peuvent être ainsi captées : un astre de la taille de la Terre est trop petit pour être visible dans ces conditions.

Le graal des exo-atmosphères

Au départ, la simple preuve d’existence d’une exoplanète était un succès colossal. Quelque 6000 exoplanètes plus tard, les données accumulées permettent de les trier, les classer… et de passer à l’étape suivante : l’analyse spectrale de leur atmosphère. De quoi s’agit-il ? De rechercher les signatures chimiques de différents gaz dans l’atmosphère planétaire.

Pour ce faire, les astrophysiciens observent la planète au moment où elle passe devant ou derrière son étoile. Une infime partie de la lumière stellaire traverse alors son atmosphère, ou disparaît du spectre lorsque la planète est occultée. En analysant cette lumière, les scientifiques identifient des gaz comme la vapeur d’eau, le dioxyde de carbone ou le méthane. Le télescope spatial James Webb a déjà marqué une avancée majeure en détectant ces « signatures » pour plusieurs exoplanètes, notamment du dioxyde de carbone et de soufre sur Wasp-39 b, signe d’une photochimie atmosphérique.

Ces observations restent aujourd’hui limitées aux atmosphères étendues et chaudes, plus faciles à analyser que celles des petites planètes rocheuses. Les instruments futurs viseront, eux, des mondes comparables à la Terre. L’enjeu dépasse la recherche de la vie : ces atmosphères racontent l’histoire de la formation des planètes, leur évolution et leurs interactions avec leur étoile. Comprendre pourquoi certaines planètes deviennent des mondes rocheux et d’autres des géantes gazeuses est essentiel pour replacer la Terre dans le vaste puzzle cosmique.

Pourquoi autant de planètes autour des naines rouges ?

Ce sont elles, les vraies stars ! Les naines rouges sont des étoiles 100 fois plus petites que notre Soleil, et moins lumineuses. Elles représentent 75 % des étoiles de la Voie lactée et on trouve facilement des exoplanètes orbitant autour d’elles. Pourquoi ? Car il est plus facile de distinguer l’ombre d’un oiseau (une planète) passant devant une ampoule (une naine rouge) que devant un phare gigantesque (une étoile massive). Hélas, l’activité électromagnétique qu’elles développent dans leur jeunesse projette des rayons UV dévastateurs pour l’atmosphère alentour. Difficile donc de déceler des atmosphères sur les exoplanètes de systèmes tels que Trappist-1.

Observer depuis l’espace et la Terre

Tess, Kepler, Gaia… plusieurs missions ont contribué depuis l’espace à la moisson des 6000 exoplanètes. Mais le champion reste le télescope spatial James Webb (JWST), opérationnel depuis 2022. Initialement conçu pour étudier les premières galaxies et la formation des étoiles, cet instrument recherche aussi des exoplanètes : une mission affirmée tardivement pour tirer parti de sa sensibilité exceptionnelle dans l’infrarouge, une longueur d’onde qui permet de révéler la chaleur et de modéliser les atmosphères. Le JWST a ainsi détecté de la vapeur d’eau, du dioxyde de carbone, du méthane et du dioxyde de soufre dans les atmosphères de planètes géantes.

Attendue pour mai 2027, la mission Nancy Grace Roman de la Nasa, développée avec des partenaires européens et japonais, permettra quant à elle l’imagerie directe de planètes plus petites et plus froides. Mais la vraie relève du JWST sera le Habitable Worlds Observatory (HWO) qui utilisera des systèmes de coronographie pour isoler la faible lumière des planètes de celle de leur étoile. Se consacrant pleinement aux zones habitables, le HWO analysera l’atmosphère d’exoplanètes à la recherche de signatures chimiques compatibles avec une activité biologique. Son lancement est prévu dans les années 2040.

Depuis le sol, de gigantesques instruments traquent aussi les exoplanètes, comme, au Chili, l’observatoire Vera C. Rubin. Spatial et terrestre constituent ainsi le « combo » idéal : l’espace permet de s’affranchir de l’atmosphère de la Terre et d’observer des signaux lumineux « purs », tandis qu’au sol peuvent être édifiés des télescopes plus grands, alimentant d’énormes bases de données.

Plato, la future mission européenne

Un nom de philosophe pour penser l’exoplanétologie ? La mission Plato, pilotée par l’Agence spatiale européenne (Esa) avec la participation active du Centre d’études spatiales français (Cnes), doit être lancée en 2026. Objectif : détecter et caractériser des planètes rocheuses de taille comparable à la Terre autour d’étoiles proches et brillantes, conditions idéales pour qualifier leurs atmosphères. Capable d’observer simultanément des centaines de milliers d’étoiles, Plato mesurera le rayon et la masse des exoplanètes, ce qui permettra d’en déduire leur densité et leur composition. Plato permettra aussi de relier pour la première fois formation planétaire, évolution stellaire et habitabilité.

Notre Système solaire est-il unique ?

À mesure que la liste des exoplanètes s’allonge, une question demeure : notre Système solaire est-il la norme ou l’exception ? À ce jour, aucun système observé ne ressemble au nôtre, avec de petites planètes rocheuses proches de leur étoile (de Mercure à Mars) et des géantes gazeuses lointaines (de Jupiter à Neptune). Autour d’autres étoiles, on trouve parfois des « Jupiter chauds » proches de leur étoile ou des géantes gazeuses sur des orbites encore plus serrées que celle de Mercure autour du Soleil. Une bizarrerie, si on le compare à notre Système solaire.

Ces observations reflètent peut-être un simple biais d’observation : peu massives, peu lumineuses, les planètes semblables à la Terre mais éloignées de leur étoile sont les plus difficiles à détecter. Autre piste, le caractère en apparence exceptionnel de notre Système solaire s’expliquerait par son histoire, en particulier la manière dont les planètes ont changé de place autour du Soleil au fil du temps : des « migrations internes » encore mal comprises… Les observations actuelles de disques protoplanétaires (nuages de gaz et de poussières où naissent les planètes) aident justement à reconstituer la formation des systèmes planétaires, le nôtre inclus.

Enfin, notre Système solaire se distingue par la composition de son étoile, un astre riche en éléments lourds comme l’or ou l’uranium. Cette « soupe chimique » a pu influencer la formation des planètes et la disponibilité d’éléments cruciaux à la vie. L’analyse d’atmosphères exoplanétaires, ainsi que la récolte d’échantillons de Mars, ou d’astéroïdes comme Bennu ou Ryugu, aideront là aussi à affiner les modèles. Au service d’une quête ultime : identifier les lieux du ciel où se cachent les cousins du Système solaire pour mieux les observer.

L’intrigante « vallée des rayons »

Parmi les exoplanètes découvertes, une frontière surprenante existe entre deux catégories très répandues : les « super-Terre », planètes rocheuses jusqu’à une fois et demie plus grandes que la Terre, et les « mini-Neptune », deux à trois fois plus grandes que notre planète et enveloppées d’une épaisse atmosphère de gaz. Entre les deux, une zone intrigue les scientifiques : baptisée « vallée des rayons », elle comporte moins de planètes. Cela pourrait s’expliquer par l’évolution des planètes après leur formation : soumises au rayonnement de leur étoile, certaines perdraient leur atmosphère pour devenir des super-Terre nues, tandis que d’autres verraient leur enveloppe gazeuse se développer pour évoluer en mini-Neptune.

Les planètes de tous les records

Mondes recouverts d’océans, planètes en fusion, géantes ultra-denses, orbites extrêmes… les exoplanètes défient l’imagination ! Parmi les dernières curiosités observées, une exoplanète déformée par d’intenses forces de marée, à la forme allongée comparable à un citron, observée par le télescope spatial James Webb fin 2025. D’autres mondes défient les modèles théoriques, comme Wasp-12 b, une géante gazeuse si proche de son étoile qu’elle subit un morcellement destructeur ; ou 55 Cancri Ae, une super-Terre brûlante dont la surface serait partiellement constituée d’océans de lave. Ces planètes « record » montrent que la nature est bien plus inventive que nos modèles théoriques.

Zone habitable : tout dépend de l’étoile

L’espoir déçu de la vie sur K2-18 b

Située à 124 années-lumière de nous, K2-18 b, une exoplanète de type mini-Neptune, a ravivé l’espoir de découvrir une vie extraterrestre en 2025. En cause : des observations du télescope spatial James Webb suggéraient la possible présence de sulfure de méthyle, une molécule associée, sur Terre, à l’activité biologique. Mais ces résultats se sont révélés fragiles : le signal reste statistiquement incertain et pourrait s’expliquer par des processus chimiques non biologiques dans une atmosphère riche en hydrogène. Si K2-18 b possède bel et bien une atmosphère complexe, rien ne permet donc aujourd’hui d’affirmer qu’elle abrite la vie.

Le vivant éclipse-t-il les vraies découvertes ?

Si les exoplanètes nous fascinent, c’est bien sûr parce que l’on rêve d’y dénicher un jour d’autres formes de vie ; cette promesse joue d’ailleurs un rôle clé dans l’obtention de financements pour les missions spatiales. Mais la recherche d’exoplanètes ne se limite pas à traquer des biosignatures, loin de là ! Les découvertes les plus surprenantes concernent d’ailleurs souvent des astres sans équivalent dans notre Système solaire : super-Terre, mini-Neptune ou planètes océans, comme K2-18 b.

Ces mondes exotiques remettent en cause nos modèles classiques de formation planétaire, longtemps construits à partir d’un seul exemple… le nôtre. En comparant leurs masses, leurs rayons, leurs atmosphères et leurs orbites, les scientifiques testent les théories d’accrétion (la formation des planètes par ajouts successifs de roches ou de gaz), de structuration interne des planètes (leur séparation en différentes couches), etc. Ils comprennent ainsi mieux l’histoire systèmes planétaires, marquée par des collisions, des interactions gravitationnelles et des déplacements de planètes géantes par rapport à leur étoile.

Ces comparaisons éclairent aussi la compréhension de notre propre voisinage cosmique : la meilleure connaissance des mini-Neptune a récemment conduit à réinterpréter la structure interne et l’évolution thermique d’Uranus et de Neptune, longtemps mal comprises.

Bref, si la vie est une question majeure, la planétologie est tout aussi essentielle pour comprendre comment les planètes se forment, se transforment et, finalement, comment notre planète bleue s’inscrit dans l’histoire de l’Univers.