à la recherche de la vie extraterrestre

En 2017, la NASA annonçait une découverte exceptionnelle : un système de sept planètes rocheuses de taille comparable à la Terre, dont trois situées dans la zone habitable de leur étoile, où de l’eau liquide pourrait exister en surface. Depuis, le système TRAPPIST-1 est devenu l’une des principales cibles de la recherche de mondes habitables.

Les observations du télescope spatial James-Webb permettent désormais de mieux comprendre ces planètes et de rechercher la présence d’atmosphères, une condition essentielle pour évaluer leur habitabilité. Mais les résultats obtenus jusqu’en 2026 montrent que la quête de la vie extraterrestre est plus complexe qu’espéré.

En mai 2016, une équipe internationale dirigée par Michaël Gillon, astronome à l’Université de Liège en Belgique, annonçait la découverte de trois candidates au statut de planète autour d’une petite étoile située dans la constellation du Verseau. Des observations complémentaires permirent de confirmer deux de ces planètes et d’en découvrir cinq autres, portant leur nombre à sept en février 2017.

Cette découverte est le fruit des observations réalisées avec le télescope TRAPPIST-South (Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope), installé au Chili, et le télescope spatial Spitzer de la NASA, aujourd’hui hors service.

Baptisé TRAPPIST-1[1], ce système exoplanétaire comprend donc sept planètes de dimensions proches de celles de la Terre, désignées par les lettres b, c, d, e, f, g et h, de la plus proche à la plus éloignée de leur étoile. Trois d’entre elles, TRAPPIST-1 e, f et g, se trouvent dans la zone habitable selon les modèles climatiques classiques.

La « zone habitable » désigne la région autour d’une étoile dans laquelle une planète rocheuse pourrait conserver de l’eau liquide à sa surface, à condition de posséder une atmosphère adaptée. Trop près de l’étoile, un monde risque de subir un échauffement excessif et de perdre son eau ; trop loin, l’eau peut rester gelée. Toutefois, la température réelle dépend également de l’atmosphère, de l’effet de serre, des nuages et des caractéristiques de la surface. Se trouver dans la zone habitable ne signifie donc pas qu’une planète possède des océans, ni qu’elle abrite la vie. Les conditions nécessaires à l’apparition et au maintien de la vie, telle que nous la connaissons, restent nombreuses et encore imparfaitement comprises.

Ces planètes orbitent autour d’une naine rouge ultrafroide, une étoile de type spectral M, beaucoup plus petite, moins lumineuse et moins chaude que notre Soleil. TRAPPIST-1 possède environ 9 % de la masse solaire et un rayon à peine supérieur à celui de Jupiter. Sa température de surface avoisine 2 200 à 2 300 °C, contre environ 5 500 °C pour le Soleil[2].

Cette faible luminosité explique pourquoi des planètes situées à proximité immédiate de leur étoile peuvent recevoir une quantité d’énergie comparable à celle reçue par la Terre. Les sept planètes de TRAPPIST-1 orbitent même à une distance inférieure à celle qui sépare Mercure du Soleil. Elles effectuent une révolution complète en seulement 1,5 à 18,8 jours terrestres. Les plus proches reçoivent néanmoins trop d’énergie pour être considérées comme habitables dans les conditions habituelles, tandis que la plus éloignée, TRAPPIST-1 h, reçoit très peu de chaleur.

Autre particularité : les sept planètes sont extrêmement rapprochées et leurs mouvements orbitaux sont liés par un ensemble de résonances gravitationnelles. Cela signifie que leurs périodes de révolution entretiennent des rapports numériques précis, contribuant à la stabilité du système. Depuis la surface de l’une d’elles, certaines planètes voisines pourraient apparaître dans le ciel avec un diamètre apparent supérieur à celui de la Lune vue depuis la Terre.

Ces mondes pourraient également être soumis à une rotation synchrone : une même face resterait en permanence orientée vers leur étoile, comme la Lune présente toujours approximativement la même face à la Terre. L’autre hémisphère serait alors plongé dans une nuit perpétuelle.
Une telle configuration pourrait provoquer d’importantes différences de température entre le côté éclairé et le côté obscur. Toutefois, la présence d’une atmosphère suffisamment dense ou d’océans pourrait redistribuer la chaleur grâce aux vents et aux courants marins. Les simulations climatiques montrent ainsi que la rotation synchrone n’interdit pas nécessairement l’existence de conditions tempérées.

Présentation des premières découvertes sur le système TRAPPIST-1.
Crédit : NASA

Lors de l’annonce de 2017, TRAPPIST-1 représentait une découverte majeure : jamais autant de planètes de taille terrestre, dont plusieurs dans la zone habitable, n’avaient été identifiées autour d’une même étoile. Cette découverte ouvrait ainsi de nouvelles perspectives à la recherche d’environnements favorables à la vie au-delà du Système solaire.

Février 2018 : des exoplanètes potentiellement riches en eau

En février 2018, de nouvelles analyses des observations réalisées par les télescopes spatiaux Spitzer et Kepler, ainsi que par plusieurs instruments au sol, ont permis d’affiner les connaissances sur la composition des sept planètes.

Une équipe internationale dirigée par Simon Grimm, de l’Université de Berne en Suisse, a notamment amélioré l’estimation de leurs masses et de leurs densités grâce à l’étude des interactions gravitationnelles entre les planètes. En effet, lorsqu’une planète passe devant son étoile, la légère diminution de luminosité permet de mesurer sa taille. Les petites variations dans les horaires de ces passages, provoquées par l’attraction des autres planètes, renseignent quant à elles sur sa masse.

En combinant ces données, les scientifiques peuvent calculer la densité moyenne des planètes et en déduire plusieurs compositions possibles.

Les résultats publiés par l’Observatoire européen austral (ESO) suggéraient alors que certaines planètes pourraient contenir d’importantes quantités d’eau, représentant jusqu’à 5 % de leur masse dans certains modèles. À titre de comparaison, la masse des océans terrestres représente environ 0,02 % de celle de notre planète.

Selon ces premières interprétations, l’eau pourrait se présenter sous différentes formes : vapeur dans l’atmosphère des planètes les plus chaudes, glace à la surface des plus froides et, éventuellement, eau liquide sur les mondes bénéficiant de températures et de pressions adaptées.

La quatrième planète, TRAPPIST-1 e, apparaissait particulièrement intéressante. Sa taille, sa densité et la quantité d’énergie qu’elle reçoit de son étoile en font l’un des meilleurs candidats du système pour rechercher des conditions proches de celles de la Terre.

Ces résultats ne constituaient toutefois pas une détection d’eau. Une faible densité peut s’expliquer par différentes compositions internes : une proportion de fer plus faible, des roches contenant davantage d’éléments légers ou encore la présence d’eau. Il est donc impossible de conclure à l’existence d’océans à partir des seules mesures de masse et de rayon.

Janvier 2021 : les sept planètes pourraient avoir une composition similaire

Une nouvelle étude publiée en janvier 2021 dans The Planetary Science Journal a considérablement amélioré les estimations des masses, des rayons et des densités des sept exoplanètes.

Les chercheurs ont découvert que leurs densités, une fois corrigées des effets liés à leur taille et à la compression gravitationnelle, étaient remarquablement proches. Elles sont environ 8 % inférieures à celles attendues pour des planètes possédant exactement la même composition que la Terre.

Plusieurs hypothèses peuvent expliquer cette différence. Les planètes de TRAPPIST-1 pourraient contenir proportionnellement moins de fer que la Terre, davantage de fer oxydé dans leurs roches ou une certaine quantité de matériaux légers, notamment de l’eau.

Les modèles les plus récents privilégient une composition essentiellement rocheuse, mais ne permettent pas de déterminer avec certitude la quantité d’eau présente. Les trois planètes les plus proches de l’étoile pourraient avoir perdu une grande partie de leur eau au cours de leur évolution, tandis que les planètes extérieures pourraient en avoir conservé davantage.

La grande inconnue reste donc la répartition de cette eau éventuelle : se trouve-t-elle sous forme de glace, à l’intérieur des planètes, dans une atmosphère ou à l’état liquide en surface ? Les mesures de densité ne permettent pas, à elles seules, de répondre à cette question.

Mars 2023 : première mesure de la température de TRAPPIST-1 b

En mars 2023, une équipe internationale de chercheurs a utilisé le télescope spatial James-Webb (JWST), développé par la NASA, l’ESA et l’Agence spatiale canadienne, pour mesurer l’émission thermique de TRAPPIST-1 b, la planète la plus proche de son étoile.

Cette observation historique a été réalisée avec l’instrument MIRI (Mid-Infrared Instrument), capable de détecter le rayonnement infrarouge émis par les objets en fonction de leur température.

La méthode consiste à mesurer la lumière du système lorsque la planète est visible, puis lorsqu’elle passe derrière son étoile. La différence entre les deux mesures permet d’isoler le faible rayonnement thermique émis par la planète.

Les premiers résultats indiquaient une température de brillance d’environ 230 °C sur la face éclairée de TRAPPIST-1 b, une valeur compatible avec celle d’un monde rocheux dépourvu d’atmosphère capable de transporter efficacement la chaleur vers son côté nocturne.

La température de brillance correspond à la température déduite du rayonnement infrarouge observé à une longueur d’onde donnée. Elle ne représente pas nécessairement la température exacte du sol si une atmosphère ou des nuages contribuent à l’émission mesurée.

TRAPPIST-1 b reçoit environ quatre fois plus d’énergie de son étoile que la Terre n’en reçoit du Soleil. Elle se situe donc trop près de son étoile pour appartenir à la zone habitable classique. Néanmoins, l’étude de cette planète constitue une étape essentielle pour comprendre comment les mondes rocheux qui gravitent autour des naines rouges conservent, ou perdent, leur atmosphère.

Pierre-Olivier Lagage, chercheur au CEA ayant participé pendant plus de vingt ans au développement de l’instrument MIRI, soulignait alors l’importance de cette première détection de l’émission thermique d’une exoplanète rocheuse relativement tempérée à l’échelle des exoplanètes.

Ces observations ont ouvert la voie à une nouvelle méthode d’exploration : étudier non seulement la lumière filtrée par une éventuelle atmosphère, mais également la chaleur rayonnée par la planète elle-même.

2024-2026 : TRAPPIST-1 b et c probablement dépourvues d’atmosphère dense

Les premières observations de TRAPPIST-1 b ont été complétées par de nouvelles mesures à différentes longueurs d’onde. En décembre 2024, une équipe menée par Elsa Ducrot, du CEA Paris-Saclay, a notamment proposé deux scénarios pour expliquer les données : une surface rocheuse particulière, pauvre en matériaux sombres, ou une éventuelle atmosphère contenant du dioxyde de carbone et des brumes.

La question de l’existence d’une atmosphère ne pouvait donc pas être définitivement tranchée sur la base des premières mesures thermiques.

Une étude publiée en avril 2026 dans Nature Astronomy, dirigée par Michaël Gillon et Elsa Ducrot avec une équipe internationale, a permis de franchir une nouvelle étape.

Pour la première fois, le télescope James-Webb a mesuré les variations du rayonnement thermique de TRAPPIST-1 b et c au cours de leurs révolutions, une technique appelée « courbe de phase thermique ». Elle permet de comparer la chaleur émise par les faces éclairées et nocturnes, et donc d’évaluer la capacité d’une éventuelle atmosphère à redistribuer cette chaleur.

Les résultats montrent que :

• TRAPPIST-1 b présente une température de brillance d’environ 217 °C sur sa face éclairée, tandis que son côté nocturne émet très peu de rayonnement détectable. Ces observations favorisent fortement l’hypothèse d’une planète rocheuse pratiquement dépourvue d’atmosphère.
• TRAPPIST-1 c affiche une température de brillance d’environ 96 °C sur sa face éclairée, avec un côté nocturne beaucoup plus froid. Les données sont compatibles avec une surface sans atmosphère, mais n’excluent pas complètement une atmosphère ténue, éventuellement riche en oxygène.

Dans les deux cas, les observations défavorisent fortement l’existence d’une atmosphère épaisse, avec une pression supérieure à environ un bar, dans les scénarios étudiés.

Cette découverte apporte des éléments importants sur l’évolution des planètes situées très près des étoiles de faible masse. Leur atmosphère peut notamment être progressivement érodée par les rayonnements ultraviolets, les rayons X et les particules énergétiques émis par leur étoile.

Ces résultats ne signifient cependant pas que toutes les planètes de TRAPPIST-1 sont privées d’atmosphère. Les mondes les plus éloignés reçoivent moins d’énergie et pourraient avoir connu une évolution différente.

2025 : James-Webb examine les atmosphères de TRAPPIST-1 d et e

En août 2025, la NASA a présenté de nouveaux résultats concernant TRAPPIST-1 d, la troisième planète du système, située à proximité de la limite interne de la zone habitable selon certains modèles.

Les observations réalisées avec le spectrographe NIRSpec du télescope James-Webb n’ont révélé aucune signature convaincante des principales molécules recherchées, notamment la vapeur d’eau, le méthane et le dioxyde de carbone.

Plusieurs interprétations restent possibles : TRAPPIST-1 d pourrait posséder une atmosphère très ténue, être entourée de nuages élevés masquant les signatures moléculaires ou être totalement dépourvue d’atmosphère. En revanche, les données permettent d’écarter certains modèles d’atmosphères épaisses et riches en hydrogène.

En septembre 2025, les astronomes ont également publié les premières analyses détaillées des observations de TRAPPIST-1 e, considérée comme l’une des cibles les plus prometteuses du système.

Avec un diamètre proche de celui de la Terre et une orbite située dans la zone habitable, cette planète pourrait théoriquement maintenir de l’eau liquide en surface si elle possède une atmosphère adaptée.

Les premières observations de quatre transits ont permis d’exclure une enveloppe atmosphérique épaisse dominée par l’hydrogène, mais elles ne permettent pas encore de déterminer si TRAPPIST-1 e possède une atmosphère comparable à celle de la Terre.

Deux grandes possibilités restent compatibles avec les données : un monde rocheux dépourvu d’atmosphère ou une planète possédant une atmosphère secondaire constituée de molécules plus lourdes, comme l’azote et éventuellement d’autres gaz.

La difficulté réside notamment dans l’activité de l’étoile TRAPPIST-1. Ses taches stellaires, ses régions plus chaudes et ses éruptions modifient légèrement la lumière observée. Ces variations peuvent imiter ou masquer les signatures chimiques d’une atmosphère planétaire.

Les astronomes doivent donc distinguer le signal extrêmement faible de la planète de celui de son étoile, beaucoup plus lumineux. De nouvelles observations sont nécessaires pour lever cette incertitude.

Octobre 2026 : de nouvelles contraintes sur TRAPPIST-1 f

Les recherches progressent également sur TRAPPIST-1 f, la cinquième planète du système, située dans la zone habitable et susceptible, selon certains modèles, de contenir des quantités significatives d’eau.

Une étude publiée en octobre 2026 dans The Astronomical Journal présente les premiers spectres de transmission obtenus avec l’instrument NIRISS du télescope James-Webb lors de cinq passages de cette planète devant son étoile.

Les observations n’ont pas permis de mettre en évidence une atmosphère, mais elles réduisent le nombre de scénarios possibles. Les données les moins perturbées par les éruptions stellaires excluent notamment, avec un niveau de confiance de 95 %, les atmosphères dominées par l’hydrogène et l’hélium dont la pression dépasse environ 20 millibars, dans les modèles étudiés.

En revanche, des atmosphères constituées de molécules plus lourdes, comme l’azote ou le dioxyde de carbone, restent plus difficiles à caractériser et ne sont pas toutes exclues.

Les observations montrent également que l’activité stellaire demeure un obstacle majeur. Au moins une éruption a été enregistrée lors de chacun des cinq passages observés, compliquant l’interprétation de certains signaux.

Concernant TRAPPIST-1 g et h, les observations réalisées par James-Webb font encore l’objet d’analyses. Leur composition atmosphérique et leur éventuelle quantité d’eau demeurent inconnues.

Le système TRAPPIST-1 reste l’un des laboratoires naturels les plus intéressants pour rechercher des conditions favorables à la vie au-delà de la Terre. Sa proximité relative, la petite taille de son étoile et la présence de plusieurs planètes rocheuses offrent une occasion exceptionnelle d’étudier des mondes très différents de ceux de notre Système solaire.

Mais près de dix ans après l’annonce de 2017, aucune des sept planètes de TRAPPIST-1 n’a encore révélé de preuve directe de la présence d’eau liquide en surface, d’une atmosphère semblable à celle de la Terre ou, a fortiori, de formes de vie.

Cette prudence est essentielle : une planète située dans la zone habitable n’est pas nécessairement habitable, et une planète habitable n’est pas nécessairement habitée.

En 2017, Thomas Zurbuchen, alors administrateur associé de la Direction des missions scientifiques de la NASA, soulignait déjà l’importance de la découverte dans la recherche d’environnements favorables à la vie. Répondre à la question « Sommes-nous seuls dans l’Univers ? » demeure en effet l’un des objectifs majeurs de l’exploration spatiale.

Les naines rouges, beaucoup plus nombreuses que les étoiles semblables au Soleil dans notre galaxie, occupent une place centrale dans cette recherche. Leur faible luminosité facilite la détection de petites planètes par la méthode des transits, et leurs zones habitables sont suffisamment proches pour permettre des observations répétées à intervalles relativement courts.

Mais ces étoiles présentent aussi des difficultés. Elles peuvent connaître d’intenses épisodes d’activité magnétique, accompagnés d’éruptions et de fortes émissions de rayonnements énergétiques. Durant leur jeunesse, certaines naines rouges restent également très lumineuses pendant une longue période, ce qui pourrait provoquer la disparition d’importantes quantités d’eau sur les planètes proches.

La question est donc de savoir si les planètes situées dans la zone habitable peuvent conserver ou reconstituer une atmosphère protectrice au cours de milliards d’années d’évolution.

Des simulations suggèrent que certaines pourraient conserver des réserves d’eau, éventuellement sous forme de glace ou d’océans, y compris sous une surface gelée si une source de chaleur interne suffisante existe. Mais ces scénarios restent théoriques et ne constituent pas des preuves de la présence d’eau sur TRAPPIST-1.

Vue artistique à 360° de TRAPPIST-1 d.
Maintenir la souris enfoncée pour explorer le panorama. Cette représentation est hypothétique et ne correspond pas à une observation directe de la surface.
Crédit : NASA

D’importants moyens scientifiques consacrés à l’étude de TRAPPIST-1

Le télescope spatial Hubble a permis d’effectuer de premières analyses atmosphériques, tandis que les télescopes Spitzer et Kepler, désormais hors service, ont joué un rôle majeur dans la détermination des propriétés orbitales et physiques des planètes.

Le télescope spatial James-Webb, opérationnel depuis 2022, permet d’aller beaucoup plus loin. Ses instruments infrarouges sont capables de rechercher les signatures de molécules telles que l’eau, le dioxyde de carbone et le méthane lorsqu’elles produisent un signal suffisamment intense. Ils peuvent également mesurer l’émission thermique des planètes et, dans certaines conditions, apporter des informations sur la circulation de la chaleur entre leurs hémisphères.

Toutefois, James-Webb ne peut pas directement observer les océans ou mesurer systématiquement la pression au sol de ces exoplanètes. Ces propriétés doivent être déduites indirectement, à partir des données et de modèles atmosphériques et climatiques.

De plus, la détection éventuelle d’une molécule associée à la vie, comme l’oxygène ou le méthane, ne suffirait pas à prouver l’existence d’organismes vivants. Plusieurs processus géologiques ou photochimiques peuvent produire ces substances en l’absence de vie. Les scientifiques recherchent donc des ensembles de signatures chimiques difficiles à expliquer par des mécanismes non biologiques.

Selon la NASA, le télescope James-Webb devrait surtout permettre de déterminer quelles planètes possèdent une atmosphère et quelles sont certaines de leurs caractéristiques. Une détection convaincante de signes de vie dans le système TRAPPIST-1 reste peu probable avec ses seules capacités. Cette recherche nécessitera probablement des observations supplémentaires et de futurs instruments astronomiques.

Le système TRAPPIST-1 est situé à environ 40 années-lumière de la Terre, soit près de dix fois la distance qui nous sépare de Proxima du Centaure, l’étoile la plus proche du Soleil. Une année-lumière représentant environ 9 460 milliards de kilomètres, ces planètes demeurent hors de portée de nos sondes spatiales actuelles dans des délais compatibles avec une vie humaine.

Cette distance relativement faible à l’échelle de notre galaxie permet néanmoins d’étudier leurs propriétés sans quitter le voisinage solaire.

Si les prochaines observations révèlent qu’une des planètes de TRAPPIST-1 a conservé une atmosphère et, éventuellement, des conditions compatibles avec l’eau liquide, cette découverte constituerait une avancée majeure. À l’inverse, si ces mondes s’avéraient tous dépourvus d’atmosphère, cela fournirait des informations essentielles sur les difficultés rencontrées par les planètes rocheuses autour des naines rouges.

Dans les deux cas, TRAPPIST-1 contribue à répondre à une question fondamentale : les conditions qui ont permis l’apparition de la vie sur Terre sont-elles fréquentes dans l’Univers, ou représentent-elles une exception ?

Notes

1. Le système porte le nom du télescope belge TRAPPIST (Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope), installé à l’observatoire de La Silla au Chili. En 2016, trois planètes avaient initialement été annoncées ; les observations ultérieures ont confirmé deux de ces détections et permis d’identifier cinq autres planètes. Le système complet de sept planètes a été annoncé le 22 février 2017.
2. L’étoile TRAPPIST-1 possède environ 0,09 fois la masse du Soleil et 0,12 fois son rayon. Sa température effective est d’environ 2 500 K, soit 2 200 à 2 300 °C. Le Soleil possède une température de surface d’environ 5 500 °C. TRAPPIST-1 appartient à la catégorie des naines rouges ultrafroides.
3. À titre de comparaison, la température à la surface de Mercure peut dépasser 400 °C pendant la journée, tandis que celle de Vénus avoisine 465 °C en raison de son atmosphère extrêmement dense, dominée par le dioxyde de carbone et responsable d’un puissant effet de serre.
4. Les valeurs de température obtenues pour les exoplanètes par observations infrarouges correspondent généralement à des températures de brillance. Leur interprétation dépend de la longueur d’onde étudiée et des propriétés éventuelles de l’atmosphère et de la surface.