On a fêté le 6 octobre 2025 les 30 ans de la découverte par les Suisses Michel Mayor et Didier Queloz de la première exoplanète autour d'une étoile sur la séquence principale.

Les deux futurs prix Nobel de physique ont fait l'annonce de la découverte de la Jupiter chaude 51 Pegasi b à ce moment-là mais, en fait, c'était le produit d'analyses de données collectées entre septembre 1994 et septembre 1995 avec Élodie, le spectrographe à haute résolution alors installé au foyer du télescope de type Cassegrain de 1,93 mètre de l'observatoire de Haute-Provence. La découverte fut complètement officialisée par un article paru dans la revue Nature, le 23 novembre 1995.

Beaucoup de chemins ont depuis été parcourus dans le monde des exoplanètes. Cependant, et bien qu'en décembre 2025 plus de 7 910 d'entre elles soient connues de la noosphère dans la Voie lactée et comptabilisées par le célèbre site de l'Encyclopédie des planètes extrasolaires, fondé en 1995 par l'astronome Jean Schneider de l'observatoire de Paris, nous n'en sommes encore qu'au début de l'exploration de ce monde.

Il nous intéresse particulièrement, car certaines exoplanètes pourraient bien avoir été le lieu de naissance de formes de vie similaires à celles que nous connaissons sur notre Planète bleue. Le CEA a consacré à ces questions plusieurs vidéos formant une websérie, où l'on parle aussi bien des techniques de détection des exoplanètes que des modélisations de leur atmosphère, à la recherche de biosignatures que pourrait découvrir une nouvelle génération d'instruments.

On cherche surtout à trouver des exoplanètes rocheuses potentiellement habitables, avec une atmosphère, dans l'espoir d'y découvrir bientôt des biosignatures. Rappelons, comme nous l'avait expliqué à plusieurs reprises l'astrophysicien Franck Selsis, bien connu des lecteurs de Futura pour ses travaux sur les exoplanètes et notamment la recherche de biosignatures, que les notions d'habitabilité et de biosignatures justement ne vont pas de soi et qu'une grande prudence s'impose à leur sujet lorsque l'on découvre des exoplanètes pouvant être « sexy ».

Les méthodes de détection des exoplanètes se sont largement diversifiées depuis les années 1990. Elles peuvent se classer en deux grandes catégories, les méthodes directes et les méthodes indirectes. Les trois méthodes principales sont la méthode directe d’imagerie, la méthode indirecte du transit et la méthode indirecte de la vitesse radiale. © CEA Recherche

Les méthodes de détection des exoplanètes

Rappelons qu'il existe deux techniques principales pour découvrir des exoplanètes, celle des transits et celle des vitesses radiales. La première fournit la période orbitale d'une exoplanète et son rayon, mais pas directement sa masse, et elle ne permet que de découvrir des exoplanètes faisant des transits autour de leur étoile hôte. La seconde est efficace, sans transit, et elle donne aussi la période orbitale ainsi que la présence de plusieurs exoplanètes avec des contraintes sur leurs masses et les excentricités des orbites.

Lorsque les deux méthodes sont possibles, on obtient non seulement une mesure de la masse, mais aussi de la densité de l'exoplanète - ce qui nous renseigne sur sa nature. S'agit-il d'une planète rocheuse, d'une géante gazeuse ou même d'une planète océan ?

En tout état de cause, nous savons déjà que la majeure partie des étoiles dans la Voie lactée sont des étoiles plus petites et moins lumineuses que le Soleil, des naines rouges de type M, souvent, selon le jargon des astrophysiciens. On en déduit que pour détecter des exoterres, on doit chercher autour de ces étoiles des petites planètes, donc peu lumineuses, mais aussi suffisamment loin de leur étoile hôte pour être habitables, ce qui veut dire que le temps entre deux transits n'est pas de quelques heures ou quelques semaines, mais plus long. Or, il faut mesurer trois transits pour avoir un début de confirmation de l'existence d'une exoplanète par cette méthode.

Dans l'idéal, il faut pouvoir faire cette confirmation avec divers instruments, des télescopes dans l'espace ou au sol et surtout des observations en continu.

Il faut notamment s'assurer que l'on n'a pas détecté des fluctuations dans la courbe de lumière d'une étoile qui seraient causées par la variabilité intrinsèque de l'étoile ou par le fait que l'on est en présence d'une étoile binaire serrée.

Il se trouve que des astronomes de l'Observatoire de la Côte d'Azur, dont certains font partie de l'équipe d'enseignants-chercheurs de son DUAO, sont précisément impliqués depuis plus d'une décennie dans la chasse et la confirmation des exoplanètes par la méthode des transits à partir d'observations faites... dans l'Antarctique !

Dans le cadre de son doctorat, Antoine Grisart a été prélever des échantillons de glace à la station Concordia. Située au cœur de l'Antarctique, cette station regroupe plusieurs chercheurs qui visent à comprendre le fonctionnement de notre Planète. On y voit le télescope d’Astep (8:05). © Institut polaire français (IPEV), programma Nazionale di Ricerche in Antartide (PNRA), Fondation Prince Albert II de Monaco

L'Antarctique, un paradis blanc pour l'astronomie

Il s'agit du projet Astep (Antarctic Search for Transiting Extrasolar Planets), qui mobilise pendant la nuit polaire un petit télescope robotisé de 40 cm et installé à la station franco-italienne Concordia. Il y fait donc des observations depuis le dôme C en Antarctique. Le dôme C, aussi connu sous le nom de dôme Charlie, est un des dômes de glace de l'inlandsis de l'Antarctique culminant à 3 233 mètres. Concordia y est distant d'environ 1 670 kilomètres du pôle Sud géographique.

C'est à Concordia qu'a été conduit Epica (pour European Project for Ice Coring in Antarctica), un projet européen de forage dans les glaces profondes de l'Antarctique pour étudier le climat passé de la Terre, à partir des bulles d'air piégées dans les glaces prélevées sous forme de carottes en profondeur.

L'Observatoire de la Côte d'Azur (OCA) a une expérience de plusieurs décennies et avant Astep dans la conduite d'observations astronomiques, dans les conditions exceptionnelles de l'Antarctique.

En effet, au début des années 1980, Éric Fossat - aujourd'hui astronome émérite à l'OCA - a contribué avec ses collègues au lancement de la révolution de l’astérosismologie. Tout comme sur Terre, la sismologie a permis de préciser sa structure interne, l'héliosismologie a permis de préciser celle du Soleil au moment où l'on mettait en doute celle adoptée depuis des décennies par les astrophysiciens. La raison en était la découverte de l'énigme des neutrinos solaires. Énigme qui sera résolue non pas en changeant notre modélisation de l'intérieur des étoiles, mais en démontrant le phénomène d’oscillation des neutrinos.

L'étude des variations infimes de la luminosité du Soleil en raison des ondes sismiques le parcourant nécessitait - si l'on ne voulait pas le faire avec une mission coûteuse dans l'espace - de pouvoir disposer d'une atmosphère le plus aussi stable et pure que possible et avec un ciel dégagé en continu pendant plusieurs jours, ce que permet justement le pôle Sud et qui avait conduit Éric Fossat et son collègue Gérard Grec sur la base américaine Amundsen-Scott (qui porte le nom des deux premiers explorateurs ayant atteint ce lieu en 1911) dès la fin de l'année 1979.

Le long hiver antarctique cède la place au printemps à la station de recherche franco-italienne Concordia, qui a résisté aux rigueurs de la nature à quelque 1 200 kilomètres à l'intérieur des terres, sur un plateau glacé à 3 000 mètres d'altitude. Durant l'hiver, le soleil ne se lève pas pendant environ trois mois et les températures peuvent descendre jusqu'à -80 °C. La vidéo a été filmée par Olivier Delanoe et inclut des extraits des lettres envoyées par Antonio Litterio au blog Concordia de l'ESA. © ESA

Plus généralement, l'Antarctique a intéressé les astronomes qui cherchaient les sites astronomiques les plus prometteurs pour des observations menées depuis le sol, c'est-à-dire les sites ayant la meilleure statistique météorologique pour un ciel sans nuages, une atmosphère la plus sèche et la plus transparente possible, et également la plus stable, avec le moins de turbulence possible, car cette dernière empêche d'exploiter le pouvoir de résolution théorique d'un instrument. C'est ce qui a notamment conduit les astronomes à installer des télescopes au sommet des montagnes du désert d'Atacama au Chili.

Le Dome C était intéressant pour ces raisons, car la station Concordia est en altitude et avec des températures si froides qu'elles rendent l'atmosphère particulièrement sèche dans ce désert de glace et de neige qu'est l'Antarctique.

Vers le milieu des années 2000, l'astronome Tristan Guillot a été inspiré par des réflexions de Michel Mayor concernant la possibilité d'observer des exoplanètes en Antarctique. Avec François Fressin, qui était alors en thèse, puis avec d'autres collègues, il va donc lancer le « projet Astep », en cherchant à savoir s'il était possible d'observer des transits de planètes de type terrestre à partir de Concordia.

Les premières missions spatiales destinées à chasser des exoplanètes par la méthode des transits allaient prendre leur essor à ce moment-là également. On se souvient de la mission française CoRoT (Convection, Rotation et Transits planétaires) avec son télescope spatial lancé le 27 décembre 2006. Il fut le premier en orbite destiné à la recherche de planètes extrasolaires et notamment de planètes telluriques. La mission était également consacrée à l'étude de la structure interne des étoiles par astérosismologie.

Astep a fait du chemin depuis et à l'occasion des 30 ans de la découverte des exoplanètes autour d'étoiles de la séquence principale, nous avons demandé à Tristan Guillot de nous en parler un peu. Il a bien voulu répondre à nos questions, en complément des explications qu'il avait déjà données dans la vidéo ci-dessous.

À la découverte de nouvelles exoplanètes depuis l’Antarctique : la mission Astep. Cette vidéo, réalisée avec Tristan Guillot, directeur de recherche CNRS au Laboratoire Lagrange de l’Observatoire de la Côte d’Azur, nous plonge au cœur de cette aventure scientifique unique, entre nuits polaires et recherche d’exoplanètes. © Observatoire de la Côte d'Azur

Futura : Pouvez-vous nous rappeler pourquoi des astronomes tels que vous et vos collègues se sont intéressés à l'Antarctique, je crois savoir que c'est au minimum en rapport avec ce que vous appelez dans votre jargon le « seeing », c'est-à-dire en gros la taille minimale du pixel d'une image en ouverture angulaire permise par la turbulence de l'air et qui peut être supérieure à celle, théorique, d'un télescope. Dit autrement, c'est l'angle qui mesure le flou provoqué par la turbulence de l'air.

Tristan Guillot : Effectivement, c'est l'un des critères pour la recherche d'un bon site d'observations. Au début des années 2000, mes collègues, en particulier Karim Agabi, sont donc allés faire pendant l'été polaire différentes mesures sur l'état de l'atmosphère (sa transparence, l'humidité, etc.) sur le site de Concordia, lorsque le site est accessible.

Ils ont parfois obtenu des chiffres spectaculaires avec certains jours un seeing de 0,1 seconde d'arc, alors que les records pour de sites comme ceux de Hawaï ou de l'Atacama sont de l'ordre de 0,3 seconde d'arc. Pour être précis, le seeing médian pour Concordia est d'environ 0,3 et celui des télescopes de Hawaï ou du Chili d'environ 0,6.

Malheureusement, en hiver et contrairement à ce que nous espérions, la turbulence est forte. Toutefois, l'épaisseur de la couche limite à l'origine de cette turbulence laisse penser qu'en plaçant un télescope au moins à une trentaine de mètres au-dessus du sol, on recommence à avoir un bon seeing. Il y a donc un projet en ce sens, notamment pour faire des observations dans l'infrarouge.

En ce qui concerne Astep, cette turbulence, finalement, ne nous gêne pas vraiment, heureusement. Cependant, tout l'intérêt du télescope, c'est de pouvoir faire des observations en continu pendant des mois en hiver. 

À Concordia, Il n'y a ainsi plus de soleil pendant trois mois pleins, mais il existe aussi des nuits en dehors de cette période, d'avril à septembre. Les températures et le gel ne rendent pas les choses faciles à l'électronique et la mécanique d'un télescope automatisé et les neuf mois pendant laquelle la station est inaccessible, quelqu'un doit rester sur place pour s'assurer du bon fonctionnement du télescope. En 2005, Karim Agabi a été le premier astronome hivernant d'Astep. Il y a fait d'autres séjours ensuite, ainsi que pendant l'été, pour d’autres membres de l’équipe d’Astep comme Éric Aristidi.

Djamel Mékarnia et Karim Agabi, du laboratoire Lagrange ont débarqué en Antarctique le 22 novembre 2018 pour un séjour de plus de deux mois dans la base Concordia. Djamel Mékarnia, chercheur CNRS, et Karim Agabi, ingénieur de recherche Université Nice Sophia Antipolis, avaient pour mission de préparer le télescope Astep pour qu’il soit opérationnel lors de la saison d’hiver austral 2019. © OCA

Futura : Astep a fonctionné une première fois de 2010 à 2014. Puis le projet a été en pause jusqu'à 2017 où il a démarré à nouveau mais en se concentrant initialement sur des observations de la célèbre et très jeune étoile Beta Pictoris, qui n'est qu'à environ 63 années-lumière du Soleil et dont on savait depuis 1983 et les observations de l'Infrared Astronomical Satellite (Iras) qu'elle est entourée d'un large disque de poussière et de gaz, le premier disque de débris photographié de l'histoire. Que s'est-il donc passé ?

Tristan Guillot : Nous avions commencé à observer aléatoirement dans plusieurs champs stellaires à la recherche de transits planétaires. En 2013, nous avons même été capables de mettre en évidence des éclipses secondaires pour l'exoplanète WASP-19 b, soit une première pour des télescopes d'observation au sol. Il s'agit d'une Jupiter chaude à environ 882 années-lumière du Système solaire dans la constellation des Voiles et qui est célèbre pour avoir une des plus courtes périodes orbitales.

Astep avait découvert d'autres exoplanètes, mais pas assez pour justifier la poursuite du projet à l'époque.

Toutefois, quelque temps plus tard, l'astronome Anne-Marie Lagrange, directrice de recherche au CNRS et membre du Laboratoire d'astrophysique de Grenoble, nous a contactés au sujet de Beta Pictoris. En 2008, elle avait été derrière la découverte par imagerie directe de l'exoplanète Beta Pictoris b et elle a ensuite réalisé qu'en 2017 Astep allait être bien mieux placé pour mettre en évidence un transit de cette exoplanète que les autres télescopes disponibles.

Nous n'avons pas trouvé de transit, mais le Transiting Exoplanet Survey Satellite (Tess) de la Nasa n'allait pas tarder à être lancé en 2018. Tess est principalement dédié au recensement systématique des exoplanètes proches du Soleil et en particulier à la détection de petites exoplanètes telluriques dans la zone habitable. Plusieurs de ces planètes sont des cibles idéales pour les observations dans l'infrarouge du télescope spatial James-Webb, qui peut alors nous donner des informations sur la présence et quelques caractéristiques d'atmosphères autour de ces exoplanètes.

Mais encore fallait-il pourvoir déjà confirmer l'existence des candidates au titre d'exoterre potentielle par la méthode des transits et pour des exoplanètes avec des périodes orbitales longues. C'est précisément ce pour quoi Astep est indiqué et nous avons maintenant des dizaines de papiers publiés au sujet de ces exoplanètes.

Nous allons continuer à faire de même avec les observations de la mission Plato (acronyme de Planetary transits and oscillations of stars) de l'ESA.

En attendant, nous avons même observé sur des périodes très longues des systèmes avec des transits de plusieurs planètes, ce qui se traduit par des courbes de variations de luminosité complexes permettant de mettre en pratique la méthode de la mesure des variations des temps de transit, alias TTV (Transit Timing Variations), pour déterminer les masses et les caractéristiques de ces exoplanètes. En effet, ces variations sont dues au fait que les exoplanètes se perturbent les unes les autres en raison de leurs attractions gravitationnelles.

Conférence sur Astep organisée le 13 novembre 2012, par la Société française de physique et l'Université de Toulon sur le campus de La Garde. Animée par Éric Aristidi, Laboratoire Lagrange, UNS, CNRS, OCA, Université de Nice Sophia-Antipolis. © univtoulon