Le système solaire ne serait pas aussi stable que ce que l'on pensait jusqu'à présent...

La question posée depuis la découverte des lois qui dirigent le mouvement des planètes était : le système solaire est-il stable? Jusqu'à Henri Poincaré, à la fin du XIXe siècle, tous les grands mathématiciens, de Newton à Lagrange en passant par Laplace, ont cru que oui; on sait désormais que non. Est-ce que, à l'échelle de la vie du système solaire, il peut y avoir des collisions entre planètes ? La réponse est oui.
Telle est l'étonnante conclusion qui ressort des travaux de Jacques Laskar et de son collaborateur Mickaël Gastineau, de l'Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides (IMCCE) de l'Observatoire de Paris. Ils ont décidé d'étudier l'avenir du système solaire en intégrant dans un même algorithme les trajectoires orbitales de toutes les planètes durant… les cinq prochains milliards d'années, c'est-à-dire jusqu'à ce que notre Soleil meure. Résultat : non seulement le système solaire se révèle instable, mais l'instabilité est telle que, dans certaines configurations, les orbites des petites planètes - Mercure, Vénus, la Terre et Mars - se déforment au fil du temps, passant progressivement de cercles presque parfaits à des ellipses si allongées qu'elles se croisent et provoquent des collisions entre les planètes. Certes, dans 99 % des simulations, tout se passe bien : les planètes suivent leur trajectoire durant toute la durée de vie du système solaire. Mais dans 1 % des cas, la mécanique céleste se dérègle et les planètes déraillent…

L'effet papillon

En calculant que les trajectoires des planètes, au-delà d'une centaine de millions d'années, ne peuvent plus être prédites, le chercheur impose l'idée qu'à cette échelle de temps le système solaire peut être considéré, mathématiquement, comme chaotique. En clair, la plus infime perturbation introduite dans le système peut provoquer sur le long terme une variation énorme. C'est le fameux « effet papillon » bien connu des climatologues. L'attraction de la moindre comète, d'un minuscule astéroïde, une éruption volcanique sur Io, le mouvement de l'atmosphère de Vénus ou encore la course des 140 milliards d'étoiles de la Voie lactée, notre galaxie, trouble, de manière infime, la trajectoire des planètes… Plus incroyable encore : en sautant à la corde, en jouant au basket, en courant dans la rue, chacun d'entre nous déstabilise, même si ce n'est que d'un facteur 10-24 environ, la trajectoire de la Terre. Des actions en apparence infinitésimales, mais suffisantes pour rendre impossible le calcul de la position de la Terre à long terme !

Reste que si l'on ne peut connaître la position d'une planète dans cent millions d'années, comment la calculer à un horizon de cinq milliards d'années ? Le travail de l'astronome est de nature probabiliste. Il calcule toutes les orbites possibles et estime statistiquement celles qui ont le plus de chances d'exister réellement. Il n'en fallait pas moins pour modéliser la trajectoire des huit planètes du système solaire pendant cinq milliards d'années, à raison d'un point d'orbite par semaine au minimum, le tout… pour 2.500 scénarios différents!

Des coordonnées précises au mètre près

En effet, pour couvrir l'ensemble du spectre des futurs possibles, Jacques Laskar a d'abord implémenté dans le plus puissant supercalculateur français du Cines (Centre informatique national de l'enseignement supérieur), à Montpellier, prénommé Jade, les coordonnées des planètes, précises au mètre près, données par les satellites qui sont actuellement en orbite autour des planètes, tels que Messenger (Mercure), Venus Express, Mars Express, Cassini (Saturne). Il a ensuite demandé à Jade, de calculer 2.500 versions différentes du futur, en changeant légèrement la position de Mercure, la plus instable et donc la plus décisive des planètes. Pourquoi 2.500 ? Parce que ce chiffre correspond au maximum de puissance de calcul de la machine en fonction des variations possibles de la position actuelle de Mercure. D'un scénario à l'autre, la position de la planète, qui se trouve à 57,909176 millions de kilomètres du Soleil, a été modifiée de… 0,38 mm ! Et c'est cette infime différence de condition initiale de calcul qui peut induire, après plus d'un milliard d'années d'évolution, la chute de Mercure sur le Soleil, l'éjection de Mars ou la collision entre Vénus et la Terre ! C'est désormais vers les autres systèmes planétaires que se tourne Jacques Laskar, un terrain de jeu quasi infini pour ses simulations numériques. Et ce que les astronomes commencent à voir émerger, ce sont des systèmes où on n'aboutit pas à la formation de petites planètes, mais à une seule grosse, qui gravite près de son étoile. Exactement ce que découvrent actuellement les spécialistes des exoplanètes avec leurs télescopes…


D'après Serge Brunier

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