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En route vers les planètes ardentes avec André Brahic

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L'astrophysicien André Brahic, découvreur des anneaux de Neptune et membre de l'équipe d'imagerie de la mission Cassini explorant actuellement Saturne et ses lunes, vient de publier un nouveau livre chez Odile Jacob. Intitulé De feu et de glace, planètes ardentes, l'ouvrage est une invitation au voyage dans le monde des planètes géantes. Voici quelques aperçus de son contenu, en deux parties.

Un montage de différentes images prises par la sonde Galileo. On voit à gauche Jupiter et sa tache rouge et de haut en bas Io, Europe, Ganymède et Callisto. © N.A.S.A-JPL

Dans le Timée, l'ouvrage où se trouve exposé le mythe de l'Atlantide, Platon rapporte que si l'Homme dispose de la vue c'est « afin qu'en examinant dans le ciel les cercles de l'intelligence éternelle, nous apprenions à conduire ceux de notre esprit, qui, malgré le désordre de leurs mouvements, sont de même nature que ces autres cercles bien ordonnés, et qu'instruits par ce spectacle à donner à nos pensées la direction la plus régulière que comporte notre nature, à l'image des cercles divins qui ne s'écartent point de leur route, nous réglions ceux qui s'en écartent en nous. ».

La marche de l'Humanité vers la connaissance et la rationalité a pleinement justifié l'intuition visionnaire ainsi exprimée. Plus de deux millénaires après la rédaction des dialogues de Platon, Henri Poincaré lui fit écho dans son ouvrage La valeur de la Science. Dans le chapitre VI qu'il consacre à l'astronomie, ce grand maître de la mécanique céleste ayant anticipé la théorie du chaos, écrit que ce qu'il veut montrer avant tout à son lecteur, « c'est à quel point l'astronomie a facilité l'œuvre des autres sciences, plus directement utiles, parce que c'est elle qui nous a fait une âme capable de comprendre la nature ».

Dans l'ouvrage que nous offre aujourd'hui André Brahic, qui fait suite à Lumières d'étoiles, Les couleurs de l'invisible (écrit avec Isabelle Grenier et également publié chez Odile Jacob), ce n'est donc pas simplement à une des grandes aventures de l'Humanité, dans la droite ligne de Christophe Colomb et de Magellan, que l'auteur nous convie.

Une photo de Io, le satellite volcanique de Jupiter, prise par la sonde Galileo. © N.A.S.A, JPL

Tout comme les travaux des Bâtisseurs du Ciel (qu'étaient Copernic, Kepler, Galilée et Newton) ont changé profondément notre civilisation et notre conscience, les découvertes actuelles de la plus vieille science du monde ont des conséquences majeures pour le futur de l'Humanité. Non seulement la connaissance progresse, mais, pour ne citer qu'un exemple, l'étude comparée des planètes nous permet de mieux comprendre celle que nous habitons : la Terre. Qu'il s'agisse de climatologie, de l'évolution des atmosphères ou d'étude des volcans, les missions Voyager et Cassini, auxquelles André Brahic a participé, ont joué un rôle essentiel.

L'ouvrage De feu et de glace, planètes ardentes est aussi exceptionnel par la beauté somptueuse des images qu'il présente. Platon et Poincaré auraient à coup sûr partagé l'émotion esthétique que l'on peut éprouver aujourd'hui devant les images des fontaines de laves produites par les éruptions de Tvashtar Catena sur Io, celles de la surface de Japet ou de Phoebé ou encore celles des aurores aux pôles de Saturne ou des arcs de Neptune.

Comment André Brahic en est-il venu à prendre part à la fantastique aventure de la sonde Cassini ? Sur cette question et sur d'autres concernant son ouvrage, André Brahic a bien voulu donner quelques éléments de réponses à Futura-Sciences.

Sur cette image spectaculaire prise par la sonde Cassini, on voit des ondulations dans la structure des anneaux de Saturne, créées par le passage de la petite lune Daphnis. Les perturbations gravitationnelles ont déformé localement les anneaux en provoquant une remontée des matériaux au-dessus du plan des anneaux. On voit même l'ombre que projettent ces remontées. © N.A.S.A, JPL

Un élève d'Evry Schatzman et Michel Hénon

Comme bien d'autres astrophysiciens français devenus célèbres, c'est sous l'influence des cours et de l'enthousiasme d'Evry Schatzman que le futur découvreur des anneaux de Neptune a définitivement basculé dans le monde de l'astrophysique. Le charisme et la personnalité de celui qui fut le père de l'astrophysique française a profondément influencé André Brahic. Sa rencontre avec Michel Hénon qui sera son second maître a joué un rôle essentiel dans sa carrière. Hénon est considéré comme l'un des meilleurs scientifiques de la fin du XXe siècle. Ses travaux sur la dynamique stellaire et les problèmes à N corps font autorité. Dans la lignée d'Henri Poincaré, il explora la physique du chaos et découvrit le célèbre attracteur étrange qui porte son nom.

Au début des années 1970, André Brahic étudiait les collisions d'un système de N nuages interstellaires afin de comprendre l'aplatissement des galaxies spirales et la formation des disques. Pour tester son modèle, il l'appliqua à la formation des anneaux de Saturne, considérés comme un ensemble de N corps tournant autour de la planète et subissant d'incessantes collisions mutuelles. Cet astre lui parut à priori peu intéressant comparé au monde des étoiles et des galaxies jusqu'au moment où il réalisa que les plus grands noms de l'astronomie s'y étaient cassé les dents. Galilée, Cassini, Laplace, Maxwell et Poincaré, pour ne citer qu'eux, y ont consacré une partie de leur vie sans pouvoir résoudre tous les problèmes posés par ces anneaux. L'invention des ordinateurs qui permettent de faire des simulations numériques complexes et le lancement des sondes spatiales qui donnent la possibilité d'observer de près les astres du Système solaire ont tout changé. Les anneaux de Saturne sont devenus de véritables laboratoires de physique, à portée de main, et il nous faudra quelques siècles supplémentaires pour tout comprendre.

Alors qu'il ne pensait consacrer que quelques mois à l'étude des anneaux, André Brahic y aura passé plus de trente-cinq ans et ne le regrette pas ! Cette décision va en effet être la chance de sa vie. Pouvoir changer de sujet d'étude plusieurs fois dans sa carrière est important ! Il faut dire que dans l'environnement créé par Schatzman, à qui l'on doit donc l'école d'astrophysique théorique française, on encourageait les discussions et les travaux des jeunes portant sur plusieurs domaines de l'astrophysique à la fois. Cela a permis à André Brahic d'acquérir une solide culture générale de haut niveau en astrophysique et de ne pas craindre de franchir des frontières. Aujourd'hui, et André Brahic s'en désole, c'est plutôt vers l'hyperspécialisation que l'on pousse les jeunes astrophysiciens.

Autre image spectaculaire prise par la sonde Cassini, où l'on voit des ondulations dans la structure des anneaux de Saturne, créées par le passage de la petite lune Daphnis. © N.A.S.A, JPL

Quand les travaux de préparation des missions Voyager ont été lancés, personne au monde n'étudiait l'évolution et la dynamique des anneaux de Saturne. C'est tout naturellement qu'on proposa alors au chercheur français de rejoindre l'équipe d'imagerie de Voyager pour analyser les données concernant les anneaux.

L'aventure des sondes Voyager

Les sondes Voyager I et Voyager II ont été construites au Jet Propulsion Laboratory à Pasadena en Californie. Le JPL dépend du fameux California Institute of Technology où Richard Feynman était l'un des professeurs. Au début des années 1960, en conclusion d'un de ses célèbres cours de physique sur l'hydrodynamique, le grand théoricien des particules élémentaires prophétisait que lorsque l'exploration du Système solaire serait plus avancée, ce serait une leçon salutaire pour la physique. On verrait alors qu'une grande richesse de phénomènes, largement imprévisibles au stade de développement actuel de l'intelligence humaine, émergerait de simples équations comme celles des lois de la mécanique et de la gravitation de Newton, et surtout celles de la mécanique des fluides de Navier-Stokes.

Cette richesse et cette diversité, qui ne cessent de surprendre les chercheurs, est bien présente dans le Système solaire, comme le montre magnifiquement l'ouvrage d'André Brahic. L'auteur y raconte d'ailleurs l'anecdote suivante, parmi bien d'autres : « Au sein de l'équipe d'imagerie des sondes Voyager, dans les années 1980, nous nous amusions avant chaque rencontre à prédire la physionomie des astres juste avant de les visiter. Celui qui perdait les paris que nous lancions invitait ses collègues dans le meilleur restaurant des environs. À l'arrivée, tout le monde a invité tout le monde ! D'astronomes, nous devenions gastronomes ! ».

Richard Feynman, André Brahic n'a fait que l'apercevoir à plusieurs reprises mais au début des années 1980, une autre star était bien présente dans l'équipe d'imagerie des sondes Voyager au JPL : Carl Sagan.

Sur cette image prise à contrejour, on voit la poussière autour de Saturne diffusant la lumière du Soleil. Surtout, en haut à gauche de la partie la plus brillante des anneaux de Saturne, on peut voir un point bleu pâle selon l'expression de Carl Sagan. C'est la Terre ! © N.A.S.A, JPL

Ils deviendront des amis très proches et c'est ainsi que l'un des hommes à l'origine du programme Seti et du Golden Record de Voyager donnera une conférence grand public en compagnie d'André Brahic à Toulouse. Le souvenir qu'il lui en reste est le sentiment d'avoir parlé trop vite et Carl trop lentement, mais au cours du dîner qui a suivi, la conversation a été très animée, les deux spécialistes passant la nuit à « refaire le monde ». Comme il l'a confié à Futura-Sciences, André Brahic se sentait et se sent toujours en parfait accord avec la démarche de Carl Sagan, pour qui, comme il l'a fait avec sa célèbre série Cosmos, il est important de faire partager au plus grand nombre la culture scientifique et l'émerveillement devant le spectacle des lois de la nature à l'œuvre en astrophysique.

Interrogé sur la possibilité de découvrir de la vie extraterrestre dans un futur proche, la grande passion de Carl Sagan, André Brahic se montre très prudent. « À la question de savoir si une vie extraterrestre existe, un scientifique ne peut répondre que : je ne sais pas et c'est pour cela que nous cherchons ! » insiste-t-il et il n'est pas vraiment possible de faire un pronostic selon lui. « Sans doute, si l'on découvrait prochainement une véritable exoterre, beaucoup de moyens seraient mis en œuvre pour détecter une biosignature dans les dizaines d'années qui suivraient. Nous pourrions alors espérer une réponse avant la fin du XXIe siècle » ajoute cependant le chercheur.