Alessandro Morbidelli

Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes

Collège de France

Année 2024-2025

01 - Origine et évolution du Système solaire externe : La ceinture de Kuiper

Résumé

La ceinture de Kuiper est un ensemble de petits corps en orbite autour du Soleil au-delà de Neptune, incluant Pluton. La structure de cette ceinture est très complexe, et comporte plusieurs sous-populations, dites froide, chaude, résonnante, dispersée et fossilisée, qui seront examinées en détail dans ce cours. Cette ceinture témoigne du passé complexe de l'évolution du Système solaire.

Alessandro Morbidelli

Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes

Collège de France

Année 2023 - 2024

06 - Des disques aux planètes : processus fondamentaux : Les interactions dynamiques

Résumé

Étant donné que le processus de formation planétaire tend à produire plusieurs planètes, il est essentiel de prendre en compte les interactions entre celles-ci. La migration conduit à la formation de chaînes de résonance, parfois observées dans des systèmes exoplanétaires. Cependant, à long terme, une fois que le disque de gaz a disparu, les systèmes planétaires peuvent devenir temporairement instables, entraînant des fusions et des éjections de planètes, jusqu'à ce qu'une nouvelle configuration plus stable soit atteinte.

Alessandro Morbidelli

Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes

Collège de France

Année 2023 - 2024

05 - Des disques aux planètes : processus fondamentaux : La migration des planètes

Résumé

Les planètes en formation interagissent gravitationnellement avec le disque protoplanétaire, ce qui entraîne une évolution de leur orbite. L'un des phénomènes les plus remarquables est le changement du rayon orbital de la planète, un processus connu sous le nom de migration. Ce cours explorera différentes modalités de migration en fonction de la masse des planètes et des propriétés du disque. La migration planétaire explique la présence de nombreuses planètes observées à proximité de leur étoile.

Alessandro Morbidelli

Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes

Collège de France

Année 2023 - 2024

04 - Des disques aux planètes : processus fondamentaux : La formation planétaire

Résumé

Le processus de formation planétaire commence après l'apparition d'une population de planétésimaux. Les collisions entre ces planétésimaux conduisent progressivement à la formation d'objets de plus en plus massifs, que l'on nomme protoplanètes. Ces objets peuvent également accumuler des particules de poussière provenant du disque protoplanétaire. De plus, grâce à des collisions géantes, des protoplanètes peuvent fusionner pour donner naissance à des corps encore plus massifs, dont certains ont la capacité de capturer du gaz en provenance du disque. Les planètes sont le résultat final de ces processus.

Alessandro Morbidelli

Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes

Collège de France

Année 2023 - 2024

03 - Des disques aux planètes : processus fondamentaux : La formation des planétésimaux

Résumé

Les planétésimaux sont les premiers objets macroscopiques à se former dans un disque protoplanétaire. Les astéroïdes et les objets transneptuniens sont les vestiges de la population initiale de planétésimaux dans le disque circumstellaire. La dynamique collective des particules de poussière et leur influence sur la dynamique du gaz peuvent, dans certains cas, conduire à la création d'amas auto-gravitants qui s'effondrent ensuite pour donner naissance à des planétésimaux d'environ 100 km de taille.

Alessandro Morbidelli

Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes

Collège de France

Année 2023 - 2024

02 - Des disques aux planètes : processus fondamentaux : La dynamique des poussières

Résumé

Ce cours abordera la dynamique des particules de poussière au sein d'un disque protoplanétaire, en mettant l'accent sur la sédimentation vers le plan médian du disque et la dérive radiale. Ces deux processus dépendent de la taille des particules. Cette taille, à son tour, est déterminée par la vitesse des collisions entre les particules qui résulte de leur dynamique. Les observations réalisées en lumière diffusée et en radio permettent d'étudier la répartition des particules de poussière de taille micrométrique et millimétrique.

Alessandro Morbidelli

Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes

Collège de France

Année 2023 - 2024

01 - Des disques aux planètes : processus fondamentaux : Les disques protoplanétaires

Résumé

Ce cours portera sur la genèse et l'évolution des disques de gaz autour des étoiles en formation. Ces disques sont également appelés disques d'accrétion en raison de leur capacité à transporter la matière vers l'étoile centrale. L'accrétion stellaire est d'ailleurs observée de manière spectroscopique. Nous commencerons par étudier le cas classique des disques visqueux, puis nous aborderons le cas plus réaliste de l'interaction avec le champ magnétique ambiant, qui conduit à la formation de structures.

Alessandro Morbidelli

Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes

Collège de France

Année 2023 - 2024

Leçon inaugurale : Déterminisme et stochasticité en formation planétaire

Résumé

Pendant des siècles, on s'est attendu à ce que tous les systèmes planétaires, en vertu de l'universalité des lois physiques, ressemblent approximativement au nôtre, avec de petites planètes rocheuses à l'intérieur et des géantes gazeuses à l'extérieur, toutes sur des orbites presque circulaires et coplanaires. Cependant, la découverte de nombreuses planètes extrasolaires nous a révélé la grande diversité de systèmes planétaires.

Cette leçon inaugurale présentera l'état actuel des connaissances sur les structures des systèmes planétaires connus, tout en situant notre propre Système solaire dans ce vaste contexte. Elle abordera ensuite la question de savoir comment des lois universelles peuvent donner lieu à une telle diversité. Cette diversité peut résulter de conditions initiales radicalement différentes, mais les observations modernes des disques protoplanétaires révèlent que, malgré certaines variations, ces pépinières de formation planétaire partagent de nombreuses caractéristiques communes. La discussion portera alors sur certains processus qui interviennent dans la formation planétaire, en distinguant ceux qui semblent être déterministes (où de petites différences dans les conditions initiales entraînent de légères différences finales) de ceux qui sont plus complexes et peuvent conduire à des comportements stochastiques (où les trajectoires évolutives divergent de manière exponentielle, donnant ainsi des résultats radicalement différents). La prise de conscience que la formation planétaire est très sensible aux contingences nous amènera à réfléchir sur la probabilité de l'existence de planètes similaires à la nôtre ailleurs dans la galaxie, ainsi que sur la possibilité du développement de la vie dans des mondes exotiques.