Ma thèse en 400 mots : Pierre-Alexis Roy

Pierre-Alexis Roy, étudiant à l’IREx, a terminé son doctorat à l’Université de Montréal en août 2025. Il résume ici son projet de recherche de doctorat.

C’est en 1995 que la découverte d’une planète semblable à Jupiter autour d’une étoile similaire au Soleil a ouvert un nouveau chapitre en astronomie: l’étude des exoplanètes. Depuis, c’est à coup de milliers qu’on découvre les exoplanètes qui orbitent les étoiles de notre Galaxie. Et ça nous permet de nous demander: Est-ce que tous les systèmes planétaires sont comme le nôtre? La réponse, c’est un non très clair. Non, parce que la grande majorité des exoplanètes qu’on découvre ont une taille entre celle de la Terre et de Neptune. On les appelle donc souvent les sous-Neptunes. Comme il n’y a pas de sous-Neptune dans notre Système solaire, elles demeurent vraiment mystérieuses. Quelle est leur composition? Est-ce qu’elles sont toutes pareilles? Comment est-ce qu’elles se forment? Pourquoi sont-elles si fréquentes?

C’est exactement le genre de question que je me suis posée durant mon doctorat. Et pour tenter d’y répondre, j’ai utilisé des télescopes dans l’espace, notamment Spitzer, Hubble et James Webb, pour observer des sous-Neptunes alors qu’elles passaient devant leur étoile, et faisaient diminuer leur luminosité un tout petit peu, comme une mini-éclipse, un phénomène appelé transit. En observant le même phénomène en spectroscopie, c’est-à-dire en décomposant la lumière en différentes couleurs, j’ai pu étudier la composition chimique de leur atmosphère. En effet, la lumière de l’étoile qui frôle la planète est filtrée par son atmosphère, et le signal d’absorption spécifique à chaque molécule est encodé dans la mini-éclipse. 

Ces observations m’ont donc permis de découvrir que TOI 824 b, une sous-Neptune très chaude et très dense, a probablement perdu la majorité de son atmosphère lors d’une collision avec une autre planète. Ça m’a aussi permis de découvrir qu’une autre planète, GJ 9827 d, est un monde d’eau : une planète dont l’atmosphère est composée majoritairement de vapeur d’eau, sans hydrogène, très différente de notre Neptune à nous. Et finalement, en comparant la sous-Neptune froide LP 791-18 c à ses contemporaines K2-18 b et TOI-270 d, j’ai pu découvrir que même si des sous-Neptunes sont pratiquement jumelles au niveau de leur densité et de leur température, elles peuvent avoir des atmosphères très différentes, tant au niveau de leurs nuages que de leur composition chimique. 

Après cinq ans à étudier des sous-Neptunes, ce qu’on découvre, c’est leur grande diversité. Lorsqu’on en observe une, on ne sait jamais sur quoi on va tomber. Ce sont vraiment mille et un mondes à découvrir. Et il faut continuer de les découvrir et de les étudier, pour un jour arriver à comprendre la nature des sous-Neptunes. C’est important : ce sont les planètes les plus abondantes de la Galaxie!

Pour en savoir plus

Pierre-Alexis a complété son PhD à l’Université de Montréal entre 2021 et 2025, sous la supervision du professeur Björn Benneke de l’Université de Montréal. Sa thèse, « Sonder la nature et l’origine des exoplanètes sous-Neptuniennes » est disponible sur Papyrus.