EXOPPLER

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BLANC Damien Lycée Lalande
CHATELET Antonin TS5-TS6
GALLET Thomas
KRIT Samir
PROFESSEUR : Jean-Baptiste BUTET
Avec l'aide d'Agnès ACKER
EXOPPLER

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PREFACE :
Qui ne s'est jamais posé la question « Existe-t-il une forme de vie en dehors
de notre système solaire ? »
Nous vivons une époque extraordinaire où la science tente de donner une réponse à
cette question. Existerait-il une exoplanète semblable à la nôtre ? Michel Mayor,
astrophysicien, a découvert la première exoplanète en 1995. La découverte de 51 Peg b,
gravitant autour de l'étoile 51 Pegasis fût pour la science une avancée formidable.
Cet astronome suisse, spécialiste des exoplanètes a fait plus récemment une autre
découverte des plus surprenantes. En effet, il fût le premier, cette fois ci accompagné
de Didier Quelor à découvrir une « exoterre » (terme utilisé pour définir une exoplanète
semblable à la Terre). Ces deux scientifiques ont utilisé une méthode aujourd'hui très
développée, à savoir la méthode des vitesses radiales.
L'un des membres de notre équipe s'est intéressé l'année dernière aux exoplanètes
ainsi qu’aux méthodes utilisées pour les détecter lors de son TPE. Trois autres élèves
l'ont rejoint, partageant l'engouement pour ce sujet et ce sont lancés dans cette
aventure.
La communauté scientifique, pouvant rarement détecter directement une planète,
a développé un arsenal de techniques de détections indirectes. S'étant déjà posé la
question sur les méthodes de détection l'année dernière, nous avons décidé de
concrétiser l'une d'entre elles.
La méthode de vitesse radiale était jusqu'à 2010 la principale méthode utilisée par les
scientifiques. Aujourd'hui, bien que la méthode de transit planétaire se soit également
bien développée, la méthode de vitesse radiale reste un outil prépondérant pour les
scientifiques, car complémentaire à l’autre.
D'une simple idée à un projet concrétisé, nous allons tenter de partager notre
expérience au cours de cet exposé. Un premier problème s'est alors posé :
COMMENT MODELISER LA METHODE DE VITESSE RADIALE
QUI PERMET DE DETECTER LES EXOPLANETES ?

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SOMMAIRE
I. Méthode de vitesse radiale via l'effet Doppler-fizeau (p.4)
A. Effet Doppler/Doppler-Fizeau (p.7)
1. Définition de l'effet Doppler (p.7)
2. Correspondance ondes sonores/lumineuses ? (p.8)
3. Découverte de Fizeau (p.8)
4. Effet Doppler-Fizeau (p.8)
B. Exploitation de cette méthode et de ses résultats (p.8)
1. Application de la méthode vitesse radiale dans la détection d'exoplanètes (p.8)
2. Méthode d'exploitation des résultats (p.9)
C. Adaptation de la méthode de vitesse radiale (p.11)
1. Définition (p.11)
2. Distinction des objets observés par méthode de vitesse radiale (p.11)
3. Critique de la méthode (p.12)
II. Présentation de la maquette (p.13)
A. Explication de la modélisation (p.14)
1. Explication des éléments de la maquette (p.14)
2. Construction de la maquette (p.14)
B. Cheminement jusqu'à la maquette actuelle (p.15)
1. D'une simple idée à un projet réalisé (p.15-19)
2. Autres problèmes rencontrés (p.19)
C. Fonctionnement et mesures (p.19)
1. Fonctionnement (p.20)
2. Exploitation des mesures obtenues (p.21-22)
3. Intérêt de la maquette (p.23)
4. Critique de la maquette (p.23)
CONCLUSION (p.24)
SOURCES ET REMERCIEMENTS (p.25)

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I. Méthode de vitesse
radiale via l'effet
Doppler-Fizeau

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Afin d'expliquer cette méthode de détection des exoplanètes, il nous faut d'abord
expliquer ce qu'on appelle « l'effet Doppler » ainsi que décrire la découverte de Fizeau
pour enfin expliquer ce que l'on peut tirer des travaux de ces deux physiciens.
Lexique :
Qu'est-ce qu'une exoplanète ?
Une exoplanète est une planète située en dehors du système solaire. Par exemple, c'est
autour de 51 Pegasis, une étoile « proche » du système solaire (48 années lumières de la
Terre), que la première exoplanète a été découverte et confirmée en 1995 par Michel
MAYOR à l'observatoire de Genève grâce au spectrographe Elodie. Cette exoplanète
s'appelle 51 Pegasis B.
Comment différencier les exoplanètes ?
Qu'est-ce qu'une planète ?
Une planète est un corps froid, qui n'émet pas de lumière et de petite taille (à l'échelle
des astres), elles peuvent cependant émettre une très faible énergie détectable du
domaine de l'infrarouge. Tout comme toutes les planètes du système solaire, elle se doit
de graviter autour de son étoile.
Nous avons défini ce qu'était une planète, cependant, plusieurs « sortes » de
planètes sont présentes dans l'univers.
Les planètes telluriques :
Une planète tellurique est une planète composée de manière solide. En effet, les
planètes dites telluriques se composent essentiellement de roches et de métaux. A titre
d'exemple, Mercure est composée à 70 % de métal.
Malgré les recherches actives des scientifiques de ces planètes, le nombre de
découverte de celles-ci reste restreins à cause de leurs faible masse et leur taille très
petite (encore une fois, proportionnellement à la taille des objets les entourant). C'est
donc un vrai défi pour les scientifiques de détecter ces planètes aux ressources multiples.