Elles sont six de plus. Six nouvelles planètes mises au jour dans l'immensité de la Voie lactée, gravitant autour d'une des 150 milliards d'autres étoiles que le Soleil. L'annonce de leur découverte n'a pourtant pas suscité une frénésie folle, la semaine dernière, lors d'un colloque à l'Observatoire de Haute-Provence (OHP); 168 exoplanètes similaires ont en effet déjà été repérées. Toutefois, ce domaine de recherche est en pleine effervescence. Car, au fur et à mesure que le bestiaire planétaire s'agrandit, les astrophysiciens se font une idée de plus en plus précise de l'évolution de ces «autres mondes». Et dire qu'il y a dix ans le seul système planétaire connu était celui du Soleil.

Octobre 1995, la célèbre revue Nature titre en première page: «Une planète dans Pégase?» L'étude décrit les travaux de deux astrophysiciens de l'Observatoire de Genève encore méconnus. Après des dizaines de nuits d'observation au moyen du télescope de 1,93 m de diamètre de l'OHP, non loin du village de Saint-Michel, Didier Quéloz et Michel Mayor détectent la première exoplanète, située à 40 années-lumière de la Terre. Ils la baptisent 51 Peg-b, car elle gravite autour de la 51e étoile de la constellation éponyme. La nouvelle fait les gros titres, surtout outre-Atlantique. «Nous étions en concurrence avec un groupe américain, qui avait trois planètes dans ses tiroirs», se souvient Michel Mayor. Courroucés de se faire brûler la politesse, ceux-ci contestent d'abord la véracité des résultats suisses. Il est vrai que la planète, gazeuse, a de quoi surprendre: d'une demi-masse jovienne (soit environ 146 fois la Terre), elle achève son orbite autour de son Soleil en seulement 4,2 jours – contre 11 ans pour Jupiter. Mais la surprise et le déni font vite place à la considération: la découverte est confirmée. Et la course aux exoplanètes lancée.

Rapidement, d'autres spécimens sont repérés. La plupart sont des «Jupiter chauds», à savoir des planètes géantes du type de 51 Peg, très proches de leur étoile, avec une orbite de quelques jours, et où règne une température d'environ 1000° C. Ces astres étant trop lointains pour être visibles directement, les astronomes utilisent une autre méthode: les «vitesses radiales». L'idée consiste à mesurer le ballottement circulaire imprimé à l'étoile par la présence de la planète. «On mesure l'effet Doppler sur la lumière provenant de l'étoile, explique Didier Quéloz. Lorsqu'une ambulance s'approche puis s'éloigne de nous, le son de la sirène baisse. De même, lorsque l'étoile bouge en direction de la Terre ou s'en écarte, la fréquence de l'onde lumineuse change.» En étudiant cette variation régulière, les astrophysiciens déterminent le rayon et la période de l'orbite ainsi que la masse de l'exoplanète associée.

Des dizaines de nouveaux objets de plus en plus petits sont alors présentés coup sur coup par les deux groupes. «Nos homologues américains se devaient de regagner l'estime des médias. De notre côté, nous ne pouvions pas dormir sur nos lauriers», explique Michel Mayor. Et cette compétition d'atteindre son paroxysme à fin août 2004.

Utilisant le télescope VLT au Chili, l'équipe genevoise divulgue la détection d'un corps de 14 masses terrestres autour de l'étoile mu-Arae, ce qui en fait alors l'exoplanète la moins massive jamais dénichée. Cette découverte s'avère très importante car les planètes «légères» de ce type sont probablement rocheuses, et non plus gazeuses. Stupeur et furie dans le camp américain, qui avait prévu, trois jours plus tard, de faire une annonce semblable. Geoffrey Marcy et ses collègues de l'Université de Californie accusent même l'équipe Mayor de leur avoir volé la vedette avec des résultats non encore publiés. «A l'époque, la tension était à son comble, se rappelle Debra Fischer, membre du groupe américain. Mais, depuis, de l'eau a coulé sous les ponts.» Tous ces «chasseurs de planètes» – une centaine – se sont donc réunis du 22 au 25 août à l'OHP, histoire de fêter le 10e anniversaire de la découverte de 51 Peg, mais surtout de faire le point sur leurs connaissances.

Jupiters chauds, objets mi-rocheux mi-gazeux semblables à Neptune ou Uranus, planètes gravitant bizarrement sur des orbites elliptiques, ou faisant partie de système bi-planétaires, voire tri-planètaires… Bref, les chercheurs ne cessent de s'ébahir devant une telle diversité d'exoplanètes. Mais ils tentent aussi d'expliquer leur formation et leur évolution.

«Avant 51 Peg, on pensait que l'on pouvait prendre le système solaire comme modèle, explique Willy Benz, physicien théoricien à l'Université de Berne. Or, par exemple, la découverte de Jupiters chauds situés à quelques millions de kilomètres de leur étoile seulement, alors que «notre» Jupiter se trouve à plus de 750 millions de kilomètres du Soleil, a fait voler cette idée en éclats.» La théorie prépondérante décrivant la genèse de ces astres est celle de la migration. «Loin dans le disque protoplanétaire, un noyau solide agglomère toutes les poussières alentour, explique Willy Benz. Ce cœur se met alors à migrer en spirale vers son étoile, en accumulant encore beaucoup de masse. Lorsqu'il dépasse un seuil critique, il commence à attirer d'immenses quantités de gaz. Sans cette migration, le modèle ne serait pas cohérent avec l'âge et la masse observés de ces exoplanètes.» Concernant les planètes telluriques comme mu-Arae, il y a deux voix d'évolution possibles. «Soit le gaz s'évapore lorsqu'elles s'approchent de l'étoile, ne laissant que le cœur rocheux et une mince atmosphère. Soit elles naissent in situ. Mais, ne dépassant pas la fameuse masse critique, elles ne parviennent pas à attirer des gaz.»

Chaque découverte permet ainsi aux astrophysiciens d'affiner ou de refondre leurs théories. «S'ils donnent des indications précieuses dans la quête de nouvelles planètes – autour de quel type d'étoiles les chercher, par exemple –, ces modèles théoriques n'ont encore pas de caractère prédictif», tempère Willy Benz. Michel Mayor, lui, mise plutôt sur une amélioration de l'instrumentation: «Il y a dix ans, on mesurait des mouvements d'astres à des vitesses de 10 à 15 m/s – celle d'un sprinter. Désormais, on détermine des célérités de l'ordre de celle d'un escargot.» Ces progrès technologiques permettront certainement la découverte de nouvelles planètes telluriques; il en existe déjà sept aujourd'hui, le «record de légèreté» appartenant au groupe américain, avec un objet de seulement 7,5 masses terrestres révélé en juin dernier. «Mais, pour l'heure, aucune sœur jumelle de la Terre ne pourra être détectée, estime Didier Quéloz, car, à ce niveau, la sensibilité de la méthode est brouillée par le «bruit de fond» généré par l'étoile.»

Dès lors, les astrophysiciens recourent également à la technique du transit. Ils mesurent la baisse temporaire de luminosité lorsque l'exoplanète passe devant l'étoile. La démarche revient à détecter un moustique volant devant le projecteur d'un phare marin à des centaines de mètres. Son intérêt? «C'est la seule méthode permettant de déterminer le rayon de la planète, et donc sa densité (rocheuse ou gazeuse), répond Didier Quéloz. Mais cette technique reste très compliquée, vu la rareté de tels événements, et à cause des perturbations dues à l'atmosphère terrestre ou des variations d'activité de l'étoile.» Depuis 1999, huit exoplanètes ont tout de même été détectées par cette méthode. De plus, en analysant la lumière qui traverse l'atmosphère de la planète en transit, les scientifiques espèrent déceler des traces de méthane, d'eau, voire, qui sait, d'ozone (O3), la preuve d'un signe de vie.

En mars dernier, deux groupes américains ont même chacun mesuré un «antitransit»: «A l'aide du télescope spatial Spitzer, nous avons quantifié la lumière infrarouge provenant d'un couple étoile-exoplanète situé à 500 années-lumière de la Terre, puis seulement celle provenant de l'étoile lorsque la planète passait derrière, explique David Charbonneau, du Centre d'astrophysique de Harvard (Etats-Unis). En faisant la soustraction, nous avons déterminé la température de cette planète, soit 790° C.» Sur l'autre exoplanète, il fait 860° C. Deux premières, qui augurent d'autres prises intéressantes depuis l'espace.

C'est en effet dès mi-2006 que doit être lancé le satellite européen Corot, qui sera suivi de l'américain Kepler vers 2009. Ces deux engins pointeront quelque 500, respectivement des dizaines de milliers d'étoiles, pour détecter des exoplanètes telluriques par la méthode des transits. Des planètes de la masse de la Terre pourraient même être aperçues, plutôt par Kepler, plus abouti que Corot. «C'est le prochain jalon», se réjouit Michel Mayor, qui sera alors peut-être retraité, mais «certainement encore actif dans ce domaine extraordinairement stimulant».

Pour la prochaine décennie, et pour y voir plus claire encore, les astrophysiciens développent aussi l'astrométrie sur divers télescopes terrestres et missions spatiales. Cette technique consiste à observer directement les positions et mouvements propres de l'étoile sur le fond du ciel, avec à la clé des données très précises sur la masse de la ou des planètes perturbatrices. Ainsi le projet européen Gaïa, pour n'en citer qu'un, va-t-il peut-être découvrir les 50 000 exoplanètes estimées autour du milliard d'étoiles qui seront visées entre 2011 et 2016. Ses concepteurs, avides de nouveaux savoirs, auront alors donné raison au philosophe Epicure qui, au IVe siècle av. J.-C. déjà, écrivait à son ami Hérodote: «Les mondes sont en nombre infini, les uns semblables à celui-ci, les autres dissemblables. […] Il n'est rien qui fasse obstacle à l'infinité des mondes…»