Du point de vue de son environnement de surface, de son climat, de la physico-chimie de son atmosphère et de son spectre de rayonnement, notre planète aujourd'hui, il y 3 milliards d'années, ou au lendemain de sa formation il y a 4.4 milliards d'années sont desTerres différentes.
Depuis plus de 2 milliards d'années, l'atmosphère de la Terre a une composition bien particulière maintenue par l'activité biologique. Sans vie, l'oxygène qui compose notre atmosphère à hauteur de 20% disparaitrait en une fraction d'ère géologique. Cette composition particulière, due essentiellement à l'activité de micro-organismes, se manifeste dans le spectre global de la Terre par des signatures détectables à des distances astronomiques. A la base du groupe [EXO]TERRES se trouve dans cette simple constatation. En effet, l'instrumentation astronomique est sur le point de nous donner les moyens d'explorer les mondes extrasolaires, leurs atmosphères, à la recherche d'exoTerres: d'éventuelles jumelles de notre planètes ou des mondes exotiques très différents de notre planète mais néammoins habitables. A la clef de cette exploration, les premiers éléments de réponse à la question: la Terre est-elle un objet rare ou commun dans notre coin de la Galaxie ?


En Octobre 2008, Franck Selsis a créé au sein du LAB le groupe de recherche transverse [EXO]TERRES dédié à l'étude des planètes extrasolaires de type terrestre et de l'atmosphère primitive terrestre. La majorité des membres de ce groupe font partie de l'équipe SYSTEME SOLAIRE ET EXOPLANETES mais des membres d'autres équipes y participent activement.

Ce groupe s’est construit autour projet E3ARTHS (Exoplanets and Early EArths Research : THeories and Simulations) financé par une Starting Independent Research Grant (n°209622, PI : F. Selsis) du Conseil Européen de la Recherche (ERC). L’activité du groupe est aussi fortement soutenue par le Conseil Régional d’Aquitaine, par le CNRS, par l’Université Bordeaux 1, par le CNES et par l’Institut de France, sous la forme de bourses doctorales et post-doctorales, ainsi que par l’Université Bordeaux 1 qui gère la bourse ERC.

Les thèmes de recherche du groupe [EXO]TERRES sont les suivants :
    •    origine et évolution des planètes et de leur atmosphère
    •    caractérisation des exoplanètes et de leur atmosphères (y compris les planètes              géantes et chaudes qui représentent des cibles observationnelles privilégiées)
    •    évolution de l’atmosphère terrestre
    •    photochimie de l’atmosphère primitive et chimie prébiotique
    •    habitabilité
    •    biosignatures spectrales

Le groupe [EXO]TERRES développe des outils permettant de modéliser de façon réaliste l’atmosphère d’une planète définie par un jeu de paramètres caractérisant l’étoile du système, l’orbite, la rotation, la masse et le rayon de la planète, la nature de sa surface, et les constituants majeurs de l’atmosphère.
A partir de ce jeu de paramètres, nous voulons être capables de
- décrire la structure 1D verticale de l’atmosphère (pression, température, composition chimique)
- déterminer le champ de rayonnement dans l’atmosphère et le spectre émergent (de l’UV à l’IR lointain),
- déterminer les propriétés principales 3D associées à la circulation atmosphérique (températures, pression, nuages) et d’obtenir des cartes d’observables.
Cette capacité de modélisation est nécessaire pour étudier les climats d’exoplanètes, revisiter le concept d’habitabilité et de zone habitable, produire des observations virtuelles (photométriques, spectrales, dépendante de la phase et/ou du temps) afin d’interpréter les observations d’exoplanètes et de guider l’instrumentation de demain. Par ailleurs, ces mêmes outils serviront à étudier l’environnement de la Terre primitive à divers stades d’évolution (au moment des origines, pendant l’émergence de la biosphère, avant et pendant l’oxygénation de l’atmosphère).

Ces développements nécessitent des compétences sur plusieurs aspects de la modélisation des atmosphères :
- le transfert radiatif de l’UV à l’IR lointain, dans des compositions variées et sur de larges plages de températures et de pressions.
- la photochimie (évolution de la composition chimique sous l’action du rayonnement stellaire incident). C’est le point fort de notre groupe qui est expert de la modélisation chimique des atmosphères des planètes du système solaire et des exoplanètes. Nous collaborons étroitement avec la réalisation de la base de données cinétiques KIDA (PI : V. Wakelam), élément crucial de la modélisation chimique des milieux astrophysique, en général, et des atmosphères planétaires en particulier.
- le calcul de la structure thermique 1D de l’atmosphère, qui couple transfert radiatif, convection, chimie
- La simulation 3D d’atmosphères. Cet aspect du projet se fait en collaboration avec le groupe de F. Forget (LMD) sur la thématique exoplanètes/terre primitive.
- La réalisation à partir de toutes ces données d’observations virtuelles (courbes de lumières, spectres, transits) prenant éventuellement en compte des paramètres instrumentaux.

En parallèle, nous nous impliquons dans des observations d’exoplanètes via nos collaborations avec G. Tinetti (UCL, UK), I. Ribas (Barcelone), M. Holmstrom (Suède) et notre implication dans des projets de l’ESA (JWST, Thesis, Spica)

Une nouvelle activité importante de [EXO]TERRES voit le jour avec l’arrivé de Sean Raymond : la dynamique et la formation des systèmes planétaires. Cette thématique permet de relier les aspects climatiques de l’habitabilité aux aspects dynamiques des systèmes planétaires et de la formation planétaire. Cette double approche va nous permettre d’aborder sous un angle nouveau le lien entre mécanismes de formation, composition des planètes et de leurs atmosphères. Par ailleurs, nous allons pouvoir modéliser la structure, l’atmosphère et les observables associées de planètes « virtuelles » formées dans les simulations. Il s’agit là d’un projet ambitieux pour explorer, dans les limites de nos connaissances actuelles, la diversité des exoplanètes et de leurs caractéristiques observables.