1609, année radieuse

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En 1609, Galileo Galilei a entendu parler d’une lunette construite en Hollande. Il en réalise un exemplaire perfectionné et le tourne vers le ciel. Un événement banal, en apparence, mais dont le retentissement sera tel qu’on le commémore aujourd’hui par l’Année mondiale de l’astronomie.

Avant l’apparition de ce nouvel instrument, on disposait déjà de mesures d’une grande précision, comme les tables des positions de Mars léguées par Tycho Brahe, merveilleux observateur à l’oeil nu, et sur lesquelles Johannes Kepler a appuyé ses célèbres lois de mouvement orbital publiées elles aussi en 1609.

Galilée observe tour à tour la surface accidentée de la Lune, des myriades d’étoiles jusque-là invisibles, puis quatre satellites de Jupiter qualifiés plus tard de galiléens. Il découvrira par la suite l’aspect insolite de Saturne, les phases de Vénus et les taches solaires. Quel bonheur de lire "Le Messager des étoiles"(1) illustré de sa main ! Le savant pisan comprend aussitôt qu’il va ébranler les piliers du savoir hérité des Anciens. En ce début du XVIIe siècle, on enseigne encore que la Lune est d’une pureté totale. Or Galilée trouve un sol lunaire aussi torturé que celui de notre planète. Et surtout, les astres qui tournent autour de Jupiter prouvent que la Terre n’est pas le centre de tous les mouvements célestes !

Les attaques ne se font pas attendre : n’est-il pas victime d’apparences trompeuses comme le parhélie(2) ? Devraiton, à cause d’elles, remettre en cause des siècles de certitudes ? L’instrument optique est-il un outil légitime du savant ? Peu à peu, la lunette vaincra les réticences, mais la conviction de l’immobilité de la Terre aura encore de beaux jours devant elle...

Aujourd’hui comme hier, le perfectionnement technique des instruments doit être accompagné d’une grande ouverture d’esprit si l’on veut avancer dans la connaissance du Monde.

Colette LE LAY, chercheur accueilli au Centre François-Viète d’histoire des sciences et des techniques (Université de Nantes), enseignante au lycée Guist’hau à Nantes

• (2) apparition d’une tache lumineuse provoquée par la réfraction de la lumière solaire au travers de fragments de glace en suspension dans l’atmosphère

Des planètes par centaines

Graphe de détection d’un transit planétaire par le satellite Corot © Observatoire de Paris / S. Aigrain et al.

La détection de planètes en orbite autour d’étoiles autres que le Soleil (exoplanètes) a ouvert une nouvelle ère en astronomie au début des années 1990, en inaugurant une planétologie comparée entre différents systèmes planétaires et en élargissant considérablement le champ des recherches de vie extraterrestre. Environ 350 exoplanètes ont été découvertes depuis lors, au rythme moyen d’une par semaine. Corot, le télescope spatial franco-européen lancé fin 2006, et Kepler, celui que la Nasa vient de lancer, devraient augmenter la cadence. Au moins 7 % des étoiles déjà examinées sont accompagnées d’une planète ou plus. Les méthodes de détection reposent sur la perturbation de la vitesse de l’étoile par les planètes qui gravitent autour d’elle, sur la variation de luminosité due au passage d’une planète entre son étoile et la Terre (transit), ou sur l’effet de « loupe gravitationnelle » d’une planète sur les étoiles situées loin derrière elle (sa masse incurve la trajectoire des rayons lumineux qui la frôlent).

Les planètes géantes (plusieurs dizaines de milliers de kilomètres de diamètre et au moins 25 masses terrestres) sont les moins difficiles à déceler mais, début 2009, Corot a détecté une « super-Terre » de rayon seulement 1,75 fois celui de la Terre.

À la surprise des astronomes, certaines planètes géantes sont environ 100 fois plus proches de leur étoile que celles de notre système le sont du Soleil. Les modèles de structuration des systèmes planétaires permettent aujourd’hui d’expliquer cette situation par une formation lointaine de telles planètes suivie d’une migration vers l’étoile (cf. "Et les planètes furent"). La question du caractère plutôt standard ou plutôt marginal du Système solaire a ainsi gagné de l’importance ; elle n’est pas encore tranchée.

La grande affaire des observations est maintenant de pouvoir prendre des images de ces planètes et d’en faire des analyses spectroscopiques afin d’étudier leurs atmosphères, leurs durées du jour, leurs climats, etc. Des molécules telles que CO2, HCN et H2O, impliquées dans la chimie du vivant sur Terre, ont déjà été identifiées sur deux d’entre elles, lors de transits.

Cet objectif est très difficile à atteindre car une exoplanète est un million de fois moins brillante que son étoile et apparaît à peu près collée contre celle-ci. Il faut donc développer des systèmes optiques de performances inédites et des méthodes permettant de « masquer » l’étoile. Des projets de spectroscopie à très haute résolution devraient voir le jour dès les années 2020. Peut-être ira-t-on alors jusqu’à cartographier la surface des exoplanètes

Jean SCHNEIDER, directeur de recherche CNRS à l’Observatoire de Paris-Meudon

Comment naissent les gemmes

Émeraude de Zabarah (Égypte) © B. Rondeau (échantillon du MNHN)

La formation des gemmes, pierres dites précieuses parce que belles et rares, est due à des conditions géologiques particulières, propres à chacune d’entre elles. La circulation de fluides (eau, CO2...) à travers les roches joue souvent un rôle crucial.

Prenons l’exemple de l’émeraude, un silicate de béryllium (Be) coloré par du chrome (Cr). Les éléments Be et Cr ne se trouvent pas habituellement dans les mêmes roches, mais il arrive que des phénomènes géologiques mettent en contact une roche à Cr (comme la péridotite, qui constitue le manteau terrestre) et une roche à Be (par exemple un granite). Cela peut se produire lors de la formation d’une chaîne de montagnes où différentes couches rocheuses sont empilées les unes sur les autres par des processus tectoniques. À l’interface des deux roches règne un déséquilibre chimique qui induit la migration de Cr et de Be respectivement vers le granite et vers la péridotite. Cette migration n’est cependant possible que via la circulation d’un fluide à l’interface. Be et Cr peuvent être ainsi concentrés par ces fluides au niveau des discontinuités rocheuses, puis cristalliser pour former des émeraudes.

De nombreux gisements de métaux, dont l’or, se forment également grâce à la circulation de fluides (de l’eau, la plupart du temps) : souvent dispersés dans les roches, les métaux s’intègrent facilement à l’eau si celle-ci vient à percoler (traverser) le milieu rocheux. Une légère chute de température en tel ou tel endroit peut y provoquer la précipitation du métal et former un filon très concentré. Présente aussi sur Terre, l’olivine (ou péridot) forme de beaux cristaux dans certaines météorites (les pallasites) ; elle est la seule gemme extraterrestre connue. Néanmoins, parmi les autres planètes telluriques (Mercure, Vénus et Mars, dont la structure est proche de celle de la Terre comparativement aux autres corps du Système solaire), Mars est une bonne candidate pour receler des gemmes et des filons de métaux précieux. Les traces de présence d’eau sont en effet un argument favorable, mais, comme sur Terre, les gisements doivent y être rares et difficiles à déceler

Benjamin RONDEAU, Maître de conférences, chercheur au LPGNantes (CNRS/Université de Nantes

Le bruit qui parle

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Dans de nombreuses disciplines scientifiques, le bruit est le nom couramment donné, par analogie avec le son, à un signal parasite venant perturber une mesure. Plus exactement, il s’agit de la partie d’un signal qui n’est pas expliquée par les théories utilisées ou qui paraît dépourvue d’intérêt, surtout si elle semble aléatoire. Cependant, la limite qui sépare la partie incohérente d’un signal de sa partie utile est difficile à déterminer. Le bruit peut en outre avoir une cause précise et ne pas être dû à un phénomène aléatoire. Suivant les types d’études, un signal donné peut être intéressant ou constituer un bruit.

Dans le domaine de la sismologie, depuis le premier enregistrement d’un tremblement de terre, en 1889, les signaux utilisés sont ceux qui sont attribués aux différentes ondes émises par un séisme. Quand le déplacement du sol est enregistré de façon continue, l’immense majorité du signal capté par les sismomètres n’est pas liée à des séismes et n’est pas utilisée. Les vibrations dues à la houle, les effets du vent dans les arbres ou ceux de nombreuses activités humaines forment ce que l’on nomme « bruit sismique ». Or, suite à des travaux menés récemment en acoustique, une partie du bruit sismique se révèle être le signal caractéristique de certaines propriétés physiques du sous-sol. Il est possible d’en extraire des informations en corrélant (en reliant lors de traitements simultanés) les enregistrements de ce bruit effectués en divers lieux. Ainsi les sismologues peuvent-ils désormais étudier la nature des milieux souterrains situés entre leurs sismomètres en l’absence de séisme.

Le déploiement récent de Resonanss (Réseau nantais de stations sismologiques), constitué d’une douzaine de sismomètres disposés dans l’ouest de la France, est en partie destiné à ce type nouveau de « tomographie sismique » (cf. "Scanner la Terre"). Il permettra de mieux connaître le sous-sol de cette région et, peut-être, de comprendre pourquoi il est le lieu de séismes alors qu’il n’est pas situé au niveau d’une jonction de deux plaques continentales.

Éric BEUCLER, Maître de conférences, chercheur au LPGNantes (CNRS/Université de Nantes)

Coloniser l'espace

En 2007, de nombreuses nations ont célébré les 50 ans de l’exploration du Système solaire, lancée avec le premier satellite artificiel : Spoutnik 1. Cette entreprise s’est jusqu’à présent articulée autour de 4 axes principaux : l’étude de la Terre depuis l’espace, la conquête de la Lune, l’étude des planètes proches (Vénus et surtout Mars) et celle des corps plus lointains.

L’Homme s’est projeté dans l’espace et a appris à y séjourner, mais essentiellement en orbite basse (400 km d’altitude, typiquement) et pendant des durées brèves comparées à celle de sa vie (le record est de 438 jours). Pour des raisons de budget et de maîtrise technique ou physiologique, il n’est pas question aujourd’hui d’envisager une « colonisation » nettement plus substantielle. Un pas important pourrait néanmoins être franchi au cours du siècle présent avec la création d’une base lunaire permanente, mais l’intérêt d’un tel projet est controversé. Quoi qu’il en soit, dès les années 2020, c’est probablement sur notre satellite, considéré par certains comme un « huitième continent », que l’Homme apprendra à travailler en autonomie complète et mettra à l’essai les technologies nécessaires aux missions habitées vers Mars, et peut-être au-delà encore.

Dans la mesure où la fragilité de notre habitat terrestre devient de plus en plus évidente, la priorité des objectifs des vols spatiaux porte désormais sur l’envoi d’engins automatiques d’observation de la Terre, afin de mieux connaître les impacts climatiques des activités humaines. Cependant, l’envoi de sondes vers d’autres planètes peut contribuer, lui aussi, à mieux comprendre certains phénomènes terrestres via une approche comparative.

Mars est une destination privilégiée pour les missions lointaines. Elle fait aussi l’objet de plans de terraformation(1), mais cette idée, techniquement hors de portée, ne relève encore que de la science-fiction. Il n’est même pas question de s’y installer de façon durable dans un futur proche. L’objectif le plus ambitieux effectivement programmé (en 2025, au plus tôt) est le prélèvement d’échantillons avec retour sur Terre. Vues les difficultés déjà rencontrées dans ce projet, son aboutissement constituerait déjà une très grande performance.

Olivier GRASSET, Professeur, directeur adjoint du LPGNantes (CNRS/Université de Nantes)

(1) La terraformation consisterait à modifier les conditions à la surface d’une planète pour la rendre habitable. Il est imaginé, par exemple, d’évaporer les glaces de CO2 et d’eau sur Mars pour épaissir et chauffer l’atmosphère par effet de serre, puis d’y injecter des micro-organismes afin de produire du dioxygène.