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La clé : une série de simulations

Une étude statistique sur un modèle complet, sans moyennisation et incluant les contributions de la relativité générale s’est donc révélée nécessaire. Elle est décrite dans le numéro de Nature du 11 juin 2009. Grâce aux calculs précédemment effectués, il est apparu qu’il fallait réaliser un très grand nombre de simulations du mouvement du Système solaire sur 5 Ga, car l’estimation de la probabilité recherchée est faible. Ainsi, pour obtenir une étude statistique significative, l’équipe dirigée par Jacques Laskar et Mickael Gastineau (Observatoire de Paris/UPMC/INSU-CNRS) ont calculé plus de 2 500 trajectoires d’un modèle réaliste du Système solaire, comprenant la relativité générale et la contribution de la Lune.

Une puissance de calcul phénoménale

Chaque solution - il en existe 2500 - nécessitant près de 4 mois de calcul, les chercheurs ont dû rassembler une très grande puissance de calcul, notamment grâce à la mise en place de la nouvelle machine JADE du Centre Informatique National de l’Enseignement Supérieur (C.I.N.E.S) pour mener à bien ce travail et trouver les 7 millions d’heures de calcul nécessaires.

Les solutions trouvées sont compatibles avec notre connaissance actuelle du Système solaire. Dans la majorité des cas, celui-ci continue d’évoluer comme dans les quelques millions d’années les plus récentes : les orbites planétaires se déforment et précessent (elles effectuent de lents mouvements) sous l’influence des perturbations mutuelles des planètes mais sans possibilité de collisions ou d’éjection de planètes hors du Système solaire.

Des orbites déformées

Néanmoins, dans 1% des cas environ, l’excentricité de Mercure (qui traduit l’élongation de son orbite) augmente considérablement. Dans plusieurs cas, cette déformation de l’orbite de Mercure conduit alors à une collision avec Vénus ou avec le Soleil d’ici à 5 Ga, tandis que l’orbite de la Terre reste peu affectée.

En revanche, pour l’une de ces orbites, l’augmentation de l’excentricité de Mercure est suivie d’une augmentation de l’excentricité de Mars, et d’une déstabilisation complète des planètes du Système solaire interne (Mercure, Vénus, Terre, Mars) dans 3,4 Ga. Sur 201 cas étudiés, hormis 5 exemples où l’on assiste à une éjection de Mars hors du Système solaire, tous les autres conduisent à des collisions entre les planètes ou entre une planète et le Soleil en moins de 100 millions d’années après cette déstabilisation.

Un cas abouti à une collision entre Mercure et la Terre, 29 cas à une collision entre Mars et la Terre et 18 à une collision entre Vénus et la Terre.

Source : CNRS / Institut national des sciences de l’univers

(1) Laskar, J., 1989. A numerical experiment on the chaotic behavior of the Solar System. Nature 338, 237–238

En vidéo : un film d’animation présentant l’évolution des orbites des planètes du système solaire et l’éventualité d’une collision entre Mercure, Vénus, la terre et Mars d’ici moins de 5 milliards d’années. © Jacques Laskar. J. Vidal-Madjar, IMCCE.

Pour en savoir plus :

Les ressources de Sciences.gouv consacrées au système solaire

Le portail des sciences de l’univers