Géante gazeuse : qu'est-ce que c'est ?

Le terme « géante gazeuse » a été inventé en 1952 par l'écrivain de science-fiction James Blish et pendant longtemps, il était utilisé pour désigner toutes les planètes géantesplanètes géantes du Système solaireSystème solaire. Mais depuis les années 1990, avec l'affinement de notre connaissance de ces planètes, il est réservé à JupiterJupiter et à SaturneSaturne, ainsi qu'aux exoplanètesexoplanètes dont la composition et la structure seraient similaires.

Ainsi, une planète géante gazeuse - aussi nommée planète jovienneplanète jovienne, voire parfois géante, en référence à Jupiter - est une planète composée essentiellement de gazgaz légers, c'est-à-dire d'hydrogènehydrogène et d'héliumhélium. UranusUranus et NeptuneNeptune, quant à elles, possèderaient un important manteaumanteau de glaces d'eau, de méthane et d'ammoniacammoniac. Cette deuxième classe distincte de planète est désignée par le terme « géante de glace » ou encore « géante glacée ».

Les géantes de glace ne contiennent qu'environ 20 % d'hydrogène et d'hélium en massemasse, contrairement aux géantes gazeuses de notre Système solaire, Jupiter et Saturne, qui contiennent plus de 90 % d'hydrogène et d'hélium.

Une comparaison des modèles couramment admis des intérieurs des géantes gazeuses (Jupiter, Saturne) et de glaces (Uranus, Neptune). Elles auraient toutes un petit cœur rocheux mais enrobé dans des couches de composition et d’état différents justifiant une séparation en deux grandes classes des planètes géantes dans notre Système solaire. Les tailles sont comparées à celle de la Terre (Earth). © Nasa

Des Jupiters chauds et des super-Jupiters

On doit à l'astronomeastronome américain d'origine allemande Rupert Wildt, les premiers modèles encore largement utilisés de l'intérieur des planètes Jupiter et Saturne, à savoir pour l'essentiel un petit noyau rocheux couvert d'une épaisse couche de plusieurs glaces (elle n'est pas uniquement formée d'eau) à l'intérieur d'une vaste atmosphèreatmosphère fluide, composée essentiellement d'hydrogène et d'hélium. Ces modèles s'appliquent aussi à Uranus et Neptune, à ceci près, comme on l'a précisé plus haut, que ces géantes doivent posséder un manteau de glaces bien plus important entourant un noyau rocheux. Celui de Jupiter serait porté à des températures de l'ordre de 20.000 K (on estime sur Terre que la température doit atteindre les 6.000 K) avec bien sûr des pressionspressions gigantesques difficilement reproductibles dans les laboratoires sur Terre.

Depuis quelques décennies, les modèles des géantes ont été affinés. Le fluide d'hydrogène et d'hélium de Jupiter et Saturne, liquideliquide à grande profondeur, deviendrait aussi solidesolide avec l'hydrogène qui acquerrait même des propriétés métalliques, voire supraconductrices. Le méthane et l'ammoniac aussi contenus pourraient également donner lieu à la formation de diamants à l'intérieur de Neptune.

La découverte des exoplanètes a conduit à introduire plusieurs classes de géantes gazeuses déterminées par leurs températures, et donc leurs distances à leur étoileétoile hôte, ainsi que leurs masses. On parle ainsi de Jupiter très chaud, Jupiter chaud, Jupiter tempéré et Jupiter froid. Les planètes géantes gazeuses les plus massives sont alors appelées super-Jupiter, ou planètes superjoviennes.

Il y a un débat quant à savoir à partir de quelle masse on n'est plus en présence d'une géante gazeuse mais d'une naine brunenaine brune, donc d'une étoile. Un critère couramment retenu est la masse qui serait suffisante pour faire fusionner le deutérium, soit environ 13 fois celle de Jupiter.