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“Vous devez être patient et persévérant”

La découverte de la première planète en dehors de notre système solaire en 1995 a donné un énorme élan à la recherche planétaire et à la quête de planètes semblables à la Terre. Avec le Pôle de recherche national (PRN) PlanetS, qui réunit des chercheurs des universités de Berne, Genève et Zurich et de l’ETH Zurich, la Suisse est à la pointe de la recherche mondiale. Willy Benz, directeur jusqu’en mai 2022, nous parle de l’état des lieux et des prochaines étapes.

Willy Benz a été le directeur du Pôle de recherche national PlanetS de 2014 à 2022. © University de Berne, Image: Ramon Lehmann

Interview réalisé par Barbara Vonarburg 

 Vous avez obtenu le NCCR PlanetS en 2014. Cela a-t-il fonctionné tout de suite pour recevoir un financement de recherche de la part du gouvernement fédéral pour un programme d’astronomie ?

Willy Benz: Pas du tout. Après mon arrivée à l’Université de Berne en tant que professeur en 1997, nous avons déjà participé à l’appel à propositions pour la première génération de Pôles de recherche nationaux en 2000, en concertation avec mon ancien directeur de doctorat Michel Mayor à Genève, mais sans succès. A l’époque, Berne avait obtenu les deux PRN Climat et Nord-Sud. Il était encore trop tôt pour la recherche planétaire. Ce n’est que cinq ans auparavant que Michel Mayor et son doctorant Didier Queloz avaient découvert la première exoplanète autour d’une étoile semblable au soleil, et cette découverte n’était pas encore totalement incontestée à l’époque.

Mais vous avez encore essayé.

Oui, en 2010, je l’ai essayé avec Didier Queloz – à l’époque également en vain. Ça n’a pas marché avant 2014. Vous voyez : Il faut être patient, persévérant et ne jamais abandonner. C’est ainsi que l’on atteint son objectif.

Qu’est-ce qui a fait pencher la balance en votre faveur lors de la troisième tentative ?

La décision de savoir dans quoi investir l’argent relève de la politique scientifique du Secrétariat d’État à la formation, à la recherche et à l’innovation SEFRI. C’est en 2010 que nous avons présenté pour la première fois le CHEOPS, un satellite suisse d’observation des exoplanètes, le “CHaracterising ExOPlanet Satellite”. Bien que notre proposition de PRN ait été rejetée, elle a reçu suffisamment d’attention pour que nous puissions ensuite réaliser une étude de faisabilité sur CHEOPS, financée par le gouvernement fédéral et RUAG en tant que représentant industriel. En 2012, nous avons obtenu le contrat pour le projet de satellite de l’Agence spatiale européenne ESA. En outre, l’Université de Berne avait fondé un an plus tôt le “Center for Space and Habitability” (CSH). Cela a montré à quel point nos recherches sont d’actualité et importantes.

Les universités de Berne et de Genève sont les institutions d’origine du PRN PlanetS, l’université de Zurich et l’ETH Zurich sont partenaires. Pourquoi la direction et l’administration se trouvent-elles à l’Université de Berne ?

Lorsque nous avons demandé un PRN pour la première fois en 2000, Michel Mayor m’a dit : “Tu le fais.” J’ai donc pris le relais et c’est resté ainsi. Les universités de Genève et de Berne se complètent parfaitement. Toutes deux font partie des leaders mondiaux dans leur domaine, mais pas dans le même. Berne est leader dans la recherche spatiale avec les satellites, Genève dans les observations au sol. Nous ne sommes pas des concurrents, mais des amis qui collaborent de manière excellente.

Comment la recherche sur les exoplanètes a-t-elle évolué au fil du temps ?

Au début, il était important que la découverte de Mayor et Queloz soit confirmée. Entre-temps, plus de 4000 exoplanètes sont connues, et la tendance est à la caractérisation depuis un certain temps. Nous voulons savoir à quoi ressemblent ces planètes, c’est-à-dire quelle est leur taille et leur poids, quelle est leur densité moyenne, si elles ont une atmosphère, comment elle est composée et, enfin, s’il y a des preuves de vie.

Comment pouvez-vous découvrir de tels détails sur des objets situés à des années-lumière de nous ?

Les astronomes ont découvert les premières exoplanètes en démontrant que leurs étoiles hôtes se rapprochent et s’éloignent périodiquement de nous parce que l’étoile et la planète tournent autour de leur centre de gravité commun. Cette technique s’appelle la méthode des vitesses radiales. À partir de là, il est possible de déterminer la masse planétaire et certains éléments orbitaux.

Si une planète passe directement devant son étoile mère, une éclipse se produit. Cette méthode dite de transit fournit le rayon de la planète et aussi quelques éléments orbitaux. Si vous connaissez la masse et le rayon, vous pouvez déterminer la densité moyenne et estimer si l’objet est une boule métallique, une planète rocheuse ou une planète gazeuse, comme Mercure, la Terre et Jupiter dans notre système solaire.

Est-ce pour cela que la construction du CHEOPS était si importante ?

Oui. Avec CHEOPS, nous voulons déterminer le rayon des planètes dont nous connaissons déjà la masse. Nous avons réussi à le faire. À la fin du mois de janvier 2021, nous avons pu faire état d’une réussite particulièrement belle. Nous avons suivi un système d’exoplanètes connu et découvert qu’il abrite non pas trois, mais six planètes. Ce qui est étrange, c’est que ces planètes sont très différentes. De plus, les orbites de cinq des planètes sont dans un rythme harmonique ; on parle de résonance. Par exemple, alors que la deuxième planète la plus intérieure fait 18 orbites, la troisième en fait neuf et la plus extérieure trois.

Pourquoi la découverte de systèmes planétaires est-elle particulièrement intéressante ?

Toutes ces planètes se sont formées à partir du même disque originel de poussière et de gaz. Cela signifie que si nous développons des modèles de formation des planètes, ils doivent être en mesure d’expliquer comment des compositions aussi différentes ont pu apparaître et pourquoi les orbites sont en résonnances. Ces éléments sont très intéressants.

Comment pouvez-vous en savoir plus sur une exoplanète que sa densité ?

Nous étudions l’atmosphère des planètes et avons déjà remporté quelques succès dans ce domaine. Par exemple, des chercheurs du PRN PlanetS ont découvert qu’il pleut du fer sur une exoplanète parce qu’il y fait très chaud – une idée fascinante, même si nous aimerions en fait trouver une pluie d’eau, c’est-à-dire une exoplanète qui ressemble à la Terre. Mais c’est un premier pas qui doit être suivi de beaucoup d’autres.

Quelle est la difficulté de ces observations ?

Le problème est que la différence de lumière entre l’étoile et la planète est très grande et que la planète est très proche de l’étoile vue de nous. Il faut disposer d’un instrument à fort contraste et à haute résolution pour pouvoir voir un objet sombre, la planète, à côté d’un objet très lumineux, l’étoile. Il s’agit là de l’alpha et l’oméga des futurs instruments du télescope géant ELT de l’Observatoire européen austral. L’ELT, dont le miroir a un diamètre de 39 mètres, est en cours de construction au Chili. Le PRN PlanetS a réussi à participer à la construction de deux instruments, appelés METIS et HIRES. Peut-être parviendrons-nous à en construire un troisième. De cette manière, nous avons également obtenu la participation de la Suisse aux observations et aux évaluations.

Comment pouvons-nous savoir s’il y a de la vie sur l’une de ces exoplanètes ?

Malheureusement, nous ne pouvons pas aller voir. Notre seule option est l’outil classique de l’astronomie : la spectroscopie, c’est-à-dire la décomposition de la lumière captée en une bande de lignes sombres qui fournissent des informations sur les éléments et les molécules présents. Mais nous ne savons pas encore comment reconnaître une biosignature claire, c’est-à-dire comment détecter des traces de vie dans cette “empreinte digitale” de lumière. Nous avons donc encore beaucoup à apprendre avant de pouvoir affirmer sans équivoque sur la base de certaines lignes du spectre : Quelqu’un est assis là en train de fumer un cigare.

Pour la première phase du PRN PlanetS, de 2014 à 2017, le Fonds national suisse a versé 17,6 millions de francs suisses ; pour la deuxième phase, de 2018 à 2021, il s’agit de près de 19 millions de francs suisses. Comment l’argent a-t-il été distribué ?

Au début, nous avons discuté en groupe de la meilleure façon de répartir le gâteau afin que non pas les individus mais la science dans son ensemble en bénéficient de manière optimale. Dans un premier temps, nous avons soutenu les grands projets des différentes institutions. Dans la deuxième phase, nous avons divisé les grands projets en petits projets dirigés par de jeunes scientifiques. Et nous avons lancé de nouvelles initiatives de recherche que différentes institutions réalisent ensemble. En tant que directeur de PlanetS, j’ai toujours essayé de promouvoir la coopération entre les chercheurs afin de créer des synergies. Cela a bien fonctionné, et aujourd’hui, presque tout le monde travaille dans des équipes qui ne connaissent plus de frontières institutionnelles.

La collaboration entre chercheurs de toute la Suisse est-elle la recette du succès du PRN ?

Oui, de telles collaborations entre Genève, Berne et Zurich n’existaient pas auparavant. Lorsque j’étais doctorant, les différentes institutions se distançaient les unes des autres. Chacun avait son “petit jardin” et ils ne s’entraidaient pas beaucoup. C’est complètement différent maintenant. Nous avons une véritable coopération. Nous avons réuni l’astronomie suisse dans le domaine de la physique planétaire et nous avons également fixé des priorités communes lorsqu’il s’agit de construire de plus grands instruments.

Quelle a été l’utilité de l’attribution du prix Nobel aux planétologues Michel Mayor et Didier Queloz en 2019 ?

C’était fantastique. Le prix Nobel a fait connaître nos recherches à un large public. Pendant longtemps, je n’ai pas connu de lauréats du prix Nobel, mais maintenant ils sont partout : Brian Schmidt, lauréat du prix Nobel en 2011, était mon étudiant et j’ai pu le recruter pour le conseil des Sages de PlanetS. Michel Mayor en fait également partie. Et Didier Queloz est le président de l’équipe scientifique de CHEOPS.

Qu’en est-il du soutien aux jeunes chercheurs ?

On ne fait pas assez en Suisse pour promouvoir les jeunes chercheurs. Avec les fonds dont nous disposons, nous pouvons financer des doctorants et des postdocs, mais pas des postes permanents. Les universités de Berne et de Genève nous ont beaucoup aidés en offrant quelques postes permanents, mais bien sûr, cela ne suffit pas pour tout le monde. Dans une certaine mesure, c’est une bonne chose, l’université ne doit pas être un trou noir pour les gens intelligents, ce serait un désastre pour la société. Mais aujourd’hui, presque personne n’obtient un poste de professeur d’astronomie avant l’âge de 35 ans. Il est donc difficile pour les femmes, en particulier, de poursuivre une carrière en astronomie.

Quelle est la situation générale en matière de promotion de la femme ?

Au sein du PRN PlanetS, nous avons essayé de promouvoir les femmes et avons obtenu de bons résultats. Mais malheureusement, elles sont encore trop peu nombreuses pour être promues. Même à l’école secondaire et plus tard à l’université, il y a beaucoup moins de femmes que d’hommes qui s’intéressent à la physique. C’est pourquoi nous avons essayé d’atteindre les enfants et les jeunes – surtout les filles et les jeunes femmes – avec diverses activités dans le cadre du PRN et de les intéresser à l’astronomie.

Que prévoit-on pour la troisième phase du PRN, de 2022 à 2025 ?

L’une des principales priorités est de participer au développement d’un autre instrument pour l’ELT – “Planetary Camera and Spectrograph”, ou PCS en abrégé. Cet instrument devrait permettre de prendre des photos d’exoplanètes semblables à la Terre. Des images directes d’exoplanètes existent déjà, mais il s’agit de planètes géantes jeunes et chaudes qui orbitent autour de leur étoile à une grande distance.

Vous transmettrez la direction du PRN PlanetS à la fin de la deuxième phase. Qui prendra la relève pour la dernière phase ?

A partir du 1er juin 2022, le professeur Nicolas Thomas sera directeur du PRN PlanetS. Il est professeur à l’Université de Berne depuis 2003 et m’a déjà succédé à la tête de l’Institut de physique en 2015. Nicolas Thomas est un scientifique hors pair. Il a beaucoup d’expérience dans la recherche spatiale et, en tant que spécialiste des instruments de télédétection, il travaille fréquemment avec les agences spatiales ESA et NASA. Il a également participé à CHEOPS au début, et grâce à lui, l’Université de Berne a pu construire la caméra martienne CaSSIS, qui fournit des images 3D spectaculaires et en couleur de la surface de la planète, mais aussi l’altimètre laser BELA, qui est en route vers Mercure avec la sonde BepiColombo de l’ESA. Et maintenant, il participe à la planification de missions vers Jupiter et ses lunes, ainsi que vers une autre comète.

Que se passera-t-il après la fin du PRN PlanetS en 2026 ?

Nous envisageons la création d’un institut suisse de recherche planétaire portant le nom de “Swiss Institute of Planetary Sciences”, SIPS en abrégé. Toutefois, nous n’avons pas l’intention de créer un bâtiment. Comme PlanetS, SIPS sera une association d’institutions suisses menant des recherches dans ce domaine. Mais l’institut devrait avoir une identité juridique, par exemple en tant que fondation.

Qui financera SIPS ?

Nous espérons que les universités participeront de manière substantielle à SIPS, comme elles l’ont fait pour PlanetS. En outre, plus de 30 % de nos projets sont déjà financés par des fonds tiers. Nous avons reçu des financements de grande qualité et hautement compétitifs : Des subventions ERC du Conseil européen de la recherche et des chaires Eccellenza de la National Science Foundation. Et puis nous avons nos deux lauréats du prix Nobel, Michel Mayor et Didier Queloz. Ils ont accepté de nous aider à trouver des bailleurs de fonds pour SIPS.

Pourquoi est-il important que le SIPS ait lieu ?

Le domaine de la recherche planétaire est si dynamique et compétitif qu’il devient de plus en plus difficile pour une seule université de rester leader. Les projets sont tout simplement trop compliqués, trop coûteux, trop importants et trop concurrentiels. La seule chance pour la Suisse de rester à l’avant-garde est de regrouper les différentes compétences des différentes universités et d’utiliser les ressources de manière très efficace. Le SIPS devrait également garantir aux jeunes chercheurs l’accès à une organisation de renommée internationale avec des possibilités de profilage et de mise en réseau correspondantes. On est meilleur quand on peut travailler dans un groupe de premier plan. Avec SIPS, nous voulons poursuivre l’histoire à succès du PRN PlanetS.

Plus d’informations et inscription à la newsletter : www.nccr-planets.ch

Contact

Prof. Dr. Willy Benz, Physikalisches Institut, willy.benz@space.unibe.ch

Willy Benz est professeur de physique et d’astrophysique à l’Université de Berne et directeur du Pôle de recherche national PlanetS. De 2018 à 2020, il a dirigé le Conseil de l’ESO, le comité de direction de l’Observatoire européen austral. Il prendra sa retraite à la mi-2022. Dans le cadre de ses recherches, il s’est intéressé depuis les années 1980 aux planètes à l’intérieur et à l’extérieur du système solaire.

Ce texte a été publié pour la première fois dans le magazine Unipress en 2021.