L'habitabilité d'une planète désigne sa capacité à soutenir la vie, en particulier la vie telle que nous la connaissons, en réunissant des conditions favorables comme la présence d'eau liquide, une atmosphère protectrice, une composition chimique adéquate et une température compatible avec les processus biologiques.

Ces conditions se retrouvent généralement dans une région bien définie des systèmes planétaires, appelée la « zone habitable circumstellaire » (ou Goldilocks Zone en anglais). L'emplacement de cette zone - située à la distance « juste comme il faut » de l'étoile centrale pour permettre la présence d'eau liquide et une atmosphère stable - dépend principalement du type et de la luminosité de l'étoile. Elle doit aussi répondre à des critères de stabilité, notamment face aux influences gravitationnelles d'autres planètes du système.

La zone habitable (en vert) dans le système Trappist-1 et notre Système solaire. © Nasa, JPL-Caltech

Distance à l’étoile, un critère essentiel mais pas unique

Dans notre propre Système solaire, la Terre se trouve au cœur de la zone habitable, tandis que Mars s'en situe à la bordure externe et Vénus à la bordure interne. Ces deux planètes illustrent bien l'importance de cette zone pour l'habitabilité. Ainsi, toute nouvelle exoplanète découverte dans la zone habitable de son étoile suscite généralement un fort enthousiasme au sein de la communauté scientifique. Mais cela signifie-t-il réellement qu'elle est habitable ?

Pas tout à fait. La notion d'habitabilité est en réalité bien plus complexe. Autrement dit, si une planète située dans la zone habitable coche certaines cases essentielles, cela ne garantit pas qu'elle soit réellement propice à la vie. Pour qu'une vie complexe puisse s'y développer, une planète doit posséder d'autres atouts, déterminés très tôt lors de sa formation.

Dans un article publié sur le site arXiv, une équipe de chercheurs décrit quatre conditions essentielles au développement et au maintien d'organismes vivants à la surface de planètes situées dans la zone habitable de leur étoile.

Composition, éléments volatils, champ magnétique et moteur thermique

La première concerne la composition de la planète. La Terre est constituée à 93 % de quatre éléments majeurs :

• magnésium ; 
• fer ; 
• silicium ; 
• oxygène.

Le ratio entre ces éléments est déterminant pour la géodynamique, car il permet notamment la convection mantellique et l'existence de plaques tectoniques mobiles, un critère considéré comme crucial pour soutenir une activité biologique durable. La tectonique des plaques assure en effet une stabilité climatique et environnementale sur des millions, voire des milliards d'années.

La tectonique des plaques est un facteur essentiel pour le maintien de conditions climatiques stables au fil des millions d'années. © Nawarit, Adobe Stock (image générée avec IA)

La deuxième condition est l'abondance en éléments volatils (carbone, hydrogène, azote, oxygène, phosphore, soufre). Ils constituent des éléments fondamentaux du vivant et leur quantité initiale est déterminante pour son émergence.

L'abondance initiale en oxygène joue d'ailleurs un rôle critique : elle influence la proportion de fer pur par rapport au fer oxydé, un facteur clé dans la formation du noyau planétaire. Une planète riche en fer pur développera un noyau plus gros, tandis qu'une planète riche en fer oxydé (donc en oxygène) aura un noyau plus petit, les oxydes de fer restant dans le manteau. Or, la taille du noyau détermine en grande partie la présence d'un champ magnétique protecteur. Une planète dotée d'un petit noyau serait moins bien protégée des radiations stellaires, nocives pour le vivant.

Ainsi, si une planète a besoin d'une certaine quantité d'éléments volatils pour être habitable, un « surdosage » - notamment en oxygène - pourrait réduire considérablement ses chances de développer la vie. Tout est donc question d'équilibre.

Enfin, les chercheurs soulignent un dernier facteur essentiel : l'existence d'un moteur thermique stable et durable. La Terre est un véritable générateur d'énergie interne : la chaleur provenant de son centre est indispensable à la convection du manteau et à l'activité tectonique et volcanique. Cette chaleur est notamment produite par la désintégration d'éléments radioactifs (potassium, thorium, uranium), mais des effets de marée - comme ceux subis par certaines lunes de Jupiter ou Saturne - peuvent également jouer ce rôle.

La présence d'une machine thermique pérenne est essentielle pour l'habitabilité d'une planète. © Nasa, Goddard Space Flight Center, Chris Smith (KRBwyle)

Le futur télescope HWO à l’affût des planètes habitables

Bien qu'il soit très difficile de connaître directement la composition en éléments majeurs, volatils ou radioactifs d'une exoplanète, les chercheurs affirment que ces trois facteurs pourront bientôt être déduits de l'observation de l'étoile hôte grâce au futur Habitable Worlds Observatory (HWO), un télescope spatial de nouvelle génération développé par la Nasa et dont le lancement est actuellement prévu pour 2040.

Le HWO sera spécifiquement dédié à l'étude des mondes potentiellement habitables. En plus d'effectuer des analyses spectrales de l'étoile, il pourra détecter la présence d'un champ magnétique planétaire et rechercher des indices d'activité géologique dans l'atmosphère. Ensemble, ces observations permettront d'identifier beaucoup plus finement d'éventuelles exoplanètes habitables.

En somme, la découverte d'un monde situé dans la zone habitable n'est que le début : pour espérer trouver une véritable planète vivante, il faudra désormais scruter ses entrailles, son atmosphère et son histoire, bien au-delà de sa simple distance à son étoile.