Des contraintes observationnelles à la dynamique : reconstruire l’architecture orbitale des systèmes planétaires jeunes

Soutenance de thèse de Antoine Lacquement - Vendredi 16 octobre 2026 à 14h30 - Salle Manuel Forestini IPAG

Cette thèse porte sur la reconstruction de l’architecture orbitale des systèmes planétaires à partir de contraintes observationnelles par nature lacunaires. Certains corps demeurent invisibles, tandis que les orbites des corps détectés ne sont souvent observées que sur de faibles arcs et restent affectées par d’importantes incertitudes. Les disques circumstellaires offrent toutefois un accès indirect à cette architecture, car leur morphologie conserve l’empreinte des perturbations gravitationnelles et, plus largement, de l’histoire dynamique du système. Le problème consiste ainsi à inférer une architecture orbitale à partir d’indices fragmentaires. L’objectif est d’identifier les configurations compatibles avec ces indices, puis d’en éprouver la cohérence physique au moyen de contraintes dynamiques et morphologiques.
La méthode développée repose sur deux étapes complémentaires. Un ajustement orbital képlérien permet d’abord d’explorer l’ensemble des solutions compatibles avec les observations des corps du système. Ces solutions servent ensuite de conditions initiales à des simulations dynamiques à N corps, dans lesquelles le disque est représenté par un ensemble de particules. Ces simulations remplissent un double rôle. Elles permettent, d’une part, d’écarter les configurations instables ou incompatibles avec la structure observée du disque et, d’autre part, d’explorer de nouveaux scénarios dynamiques susceptibles de révéler la présence de corps invisibles.
Appliquée à trois cas d’étude complémentaires, cette démarche se révèle discriminante. Dans Beta Pictoris, la morphologie du disque ne peut être reproduite par les deux planètes alors connues, dont les orbites sont bien contraintes, et nécessite la présence d’une planète supplémentaire. La structure observée du disque et la stabilité du système à trois planètes ainsi formé permettent alors de contraindre fortement la masse, le demi-grand axe et l’excentricité de cette planète. La détection ultérieure d’une planète dont les caractéristiques concordent avec les prédictions ainsi obtenues vient corroborer le scénario proposé. Dans TWA 7, les observations directes ne contraignent que faiblement l’orbite de la planète détectée. La morphologie du disque fournit dès lors l’essentiel du pouvoir discriminant et nécessite également la présence d’une planète supplémentaire, encore indétectée à ce jour. La préservation de la structure fine coorbitale observée impose en outre de très faibles excentricités à tout corps susceptible de la perturber. Enfin, GG Tauri constitue un système multiple exigeant pour l’évaluation de la méthode. Le caractère encore partiel des contraintes orbitales et la complexité dynamique du système en font un cas particulièrement pertinent pour en examiner la robustesse. De nombreuses configurations restent compatibles avec les données orbitales des étoiles de ce système, mais seules quelques-unes reproduisent la morphologie du disque circumtriple. Parmi celles-ci, une configuration remarquable fait intervenir une résonance séculaire entre le système triple interne et les particules du disque. Cette thèse établit ainsi une méthode générale de reconstruction de l’architecture orbitale des systèmes planétaires à partir de contraintes observationnelles lacunaires, fondée sur la combinaison de l’ajustement orbital, des simulations dynamiques et de la morphologie des disques.

Direction de thèse

• Hervé Beust & Gaspard Duchêne

Composition du jury

• Sean Raymond, Senior researcher LAB Bordeaux, Rapporteur
• David Ehrenreich, Maître de conférence, U. Genève, Rapporteur
• Nadège Meunier, Astronome IPAG UGA, Examinatrice
• Virginie Faramaz, Maître de conférence, U. Arizona, Tucson, Examinatrice
• Nicolas Cuello, Professeur junior, IPAG UGA, Examinateur