Première cartographie thermique de planètes tempérées de taille terrestre
Une équipe internationale menée par Michaël Gillon (Université de Liège, FNRS) et Elsa Ducrot (CEA Paris-Saclay/Observatoire de Paris, ULiège) vient de réaliser une première mondiale : dresser la carte thermique de deux planètes rocheuses de taille terrestre situées dans le système TRAPPIST-1, grâce au télescope spatial James Webb (JWST).
Les chercheurs ont observé les planètes TRAPPIST-1 b et c, deux mondes recevant respectivement quatre et deux fois plus de rayonnement que la Terre, en suivant l’évolution de leur émission infrarouge tout au long de leur orbite. Cette technique, dite de « courbe de phase thermique », permet pour la première fois de comparer directement les températures entre les faces éclairée et nocturne de planètes rocheuses tempérées hors du Système solaire.
Les résultats montrent que TRAPPIST-1 b ne possède vraisemblablement aucune atmosphère significative. Sa face éclairée atteint près de 500 K (227 °C), tandis que son côté nuit reste extrêmement froid, un comportement attendu pour une planète rocheuse sans atmosphère et couverte de roches sombres.
TRAPPIST-1 c présente une situation plus nuancée : sa face jour (~370 K) est nettement plus chaude que sa face nuit (<260 K). Une atmosphère ténue, pauvre en gaz à effet de serre, reste possible, mais la planète pourrait aussi être totalement dépourvue d’atmosphère, à condition que sa surface soit plus réfléchissante que celle de TRAPPIST-1 b.
« Nos observations excluent la présence d’atmosphères épaisses et riches en gaz à effet de serre, mais montrent aussi que les deux planètes ont suivi des évolutions divergentes malgré leurs compositions similaires », explique Elsa Ducrot.
Ces résultats resserrent considérablement les scénarios plausibles sur la nature de ces deux mondes et éclairent la capacité des petites planètes autour d’étoiles de très faible masse à conserver une atmosphère face à un rayonnement intense.
Un système emblématique: TRAPPIST-1
Découvert en 2015 par l’équipe de Michaël Gillon à l’Université de Liège grâce au télescope TRAPPIST, puis étudié par d’autres instruments dont le télescope spatial Spitzer de la NASA (désormais hors service), TRAPPIST-1 est devenu un système emblématique.
Composé de sept planètes rocheuses tempérées de taille comparable à la Terre, dont trois dans la zone habitable, il fascine autant les scientifiques que le grand public. C’est aujourd’hui l'un des systèmes planétaires les mieux caractérisés après le nôtre, et aussi l'un des plus observés par JWST.
Sa découverte a été faite dans le cadre du prototype de SPECULOOS, un projet ambitieux de recherches de planètes rocheuses en orbite autour d'étoiles proches de très petite masse.
Atmosphères ou pas ?
Les planètes TRAPPIST-1 b et c reçoivent respectivement environ quatre et deux fois plus de rayonnement que la Terre et sont en rotation synchrone : elles présentent toujours la même face à leur étoile.
Dans ce contexte, la présence d’une atmosphère est déterminante. Une atmosphère dense redistribuerait la chaleur vers la face nuit, réduisant le contraste thermique. À l’inverse, une planète sans atmosphère présenterait un côté jour brûlant et un côté nuit glacé.
Mais ces planètes sont soumises à un environnement extrême. Leur étoile émet un flux intense de rayonnements X et ultraviolets, en particulier durant sa jeunesse. Ces rayonnements énergétiques peuvent chauffer et ioniser les couches supérieures de l’atmosphère, entraînant une érosion progressive par échappement atmosphérique. Sur des planètes proches comme TRAPPIST-1 b et c, ce processus peut conduire à la perte complète de l’atmosphère en relativement peu de temps à l’échelle astronomique.
Un signal entremêlé à décrypter
Jusqu’ici, les courbes de phase thermique avaient été obtenues uniquement pour des planètes isolées, comme les « Jupiters chauds » ou certaines planètes rocheuses ultra-chaudes.
Dans le système TRAPPIST-1, la situation est bien plus complexe. Les chercheurs ont dû extraire simultanément le signal de deux petites planètes, TRAPPIST-1 b et c, en orbite très proche de leur étoile, dont les émissions infrarouges se superposent partiellement.
Démêler ces signatures imbriquées a nécessité une analyse particulièrement fine, capable d’isoler la contribution de chaque planète à partir d’un signal global unique. Cette prouesse repose sur près de 60 heures d’observations continues avec JWST, l’un des programmes les plus ambitieux jamais réalisés avec le télescope.
Des mondes sculptés par l'érosion atmosphérique
Les résultats indiquent que les processus d’érosion atmosphérique sont particulièrement efficaces pour les planètes rocheuses en orbite rapprochée autour d’étoiles naines ultrafroides. L’intense rayonnement X et ultraviolet de ces étoiles semble capable de dépouiller entièrement ces mondes de leur atmosphère, comme le suggère fortement le cas de TRAPPIST-1 b.
Cependant, TRAPPIST-1 c apparaît comme un monde différent. Les observations restent compatibles avec la présence d’une atmosphère très ténue, suggérant que l’évolution atmosphérique peut diverger même entre planètes proches et de composition similaire.
Ces résultats laissent ouverte une perspective essentielle : certaines des cinq autres planètes du système TRAPPIST-1, notamment les trois situées dans la zone habitable, pourraient avoir conservé une atmosphère secondaire plus épaisse. Une telle atmosphère constitue un ingrédient clé pour maintenir des conditions compatibles avec la présence d’eau liquide à la surface, et donc pour l’habitabilité potentielle de ces mondes.
Une étape clé pour la recherche de vie ailleurs
Cette première cartographie thermique de planètes rocheuses tempérées marque une avancée majeure. Elle fournit des contraintes inédites sur la capacité de ces mondes à retenir ou perdre leur atmosphère, un paramètre essentiel pour évaluer leur potentiel d’habitabilité.
« Avec JWST, nous passons d’une ère de détection à une ère de caractérisation fine. Nous pouvons désormais explorer non seulement la taille et la masse d’exoplanètes tempérées de taille terrestre, mais aussi leur surface, leur climat, et leur évolution. C’est un pas de géant vers la compréhension de leur habitabilité potentielle », résume Michaël Gillon.
Cette étude démontre la puissance du JWST pour sonder directement la composition et l’évolution de planètes rocheuses tempérées et ouvre la voie à l’exploration détaillée des trois planètes de TRAPPIST-1 situées dans la zone habitable.
Référence
Étude publiée dans Nature Astronomy le 3 avril 2026, sous le titre : “No thick atmosphere around TRAPPIST-1 b and c from JWST thermal phase curves”. Lien vers l'article: https://www.nature.com/articles/s41550-026-02806-9
Contact
Michaël Gillon – Directeur de Recherche – FNRS / Université de Liège – Unité de Recherche Astrobiology - Groupe de recherche ExoTIC - michael.gillon@uliege.be – +32 473 346 402
Elsa Ducrot – Astronome adjointe à l'observatoire des sciences de l'Univers Paris-Sud/CEA Paris-Saclay - elsa.ducrot@cea.fr – +33 624 291 668
