Les exoplanètes sous-neptuniques sont peu susceptibles d’être des mondes océaniques riches en eau, disent les chercheurs

Une exoplanet en orbite autour d’une star naine 124 années-lumière de la Terre a fait les gros titres du monde en avril 2025. Des chercheurs de l’Université de Cambridge ont rapporté que la planète K2-18B pourrait être un monde marin avec un océan mondial profond grouillant de vie.

Cependant, une étude montre désormais que les soi-disant sous-neptunes tels que K2-18B sont très peu susceptibles d’être des mondes dominés par l’eau et que les conditions sont loin d’être propices à la vie.

“L’eau sur les planètes est beaucoup plus limitée qu’on ne le croyait auparavant”, note Caroline Dorn, professeur d’exoplanètes à Eth Zurich.

Le travail apparaît dans Les lettres de journal astrrophysique.

L’étude a été menée sous la direction de Eth Zurich, en collaboration avec des chercheurs du Max Planck Institute for Astronomy à Heidelberg et de l’Université de Californie à Los Angeles. K2-18B est plus grand que la Terre mais plus petit que Neptune, le plaçant dans une classe de planètes qui n’existent pas dans notre système solaire. Cependant, les observations montrent qu’elles sont courantes dans l’espace. Certains de ces sous-neptunes se sont probablement formés loin de leur étoile centrale, au-delà de la soi-disant ligne de neige où l’eau gèle dans la glace et migre plus tard vers l’intérieur.

Jusqu’à présent, il avait été supposé que certaines de ces planètes pouvaient accumuler des quantités particulièrement importantes d’eau pendant leur formation et maintenant des océans mondiaux profonds sous une atmosphère riche en hydrogène. Les experts les réfèrent comme des planètes hyceanes: une combinaison de “hydrogène” et “océan”.

En prise en compte en chimie

“Nos calculs montrent que ce scénario n’est pas possible”, explique Dorn. En effet, une vulnérabilité fondamentale des études précédentes était qu’ils ignoraient tout couplage chimique entre l’atmosphère et l’intérieur de la planète. “Nous avons maintenant pris en compte les interactions entre l’intérieur de la planète et son atmosphère”, explique Aaron Werlen, chercheur de l’équipe de Dorn et auteur principal de l’étude.

Les chercheurs supposent qu’à un stade précoce de leur formation, les sous-neptunes ont traversé une phase dans laquelle ils étaient couverts par un océan magma chaud et chaud. Une coquille d’hydrogène gazeux a assuré que cette phase était maintenue pendant des millions d’années.

“Dans notre étude, nous avons étudié comment les interactions chimiques entre les océans et les atmosphères du magma affectent la teneur en eau des jeunes exoplanètes sous-neptuniques”, explique Werlen.

Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé un modèle existant qui décrit l’évolution planétaire sur une période de temps spécifique. Ils ont combiné cela avec un nouveau modèle qui calcule les processus chimiques qui se déroulent entre le gaz dans l’atmosphère, et les métaux et les silicates dans le magma.

L’eau disparaissant à l’intérieur

Les chercheurs ont calculé l’état d’équilibre chimique de 26 composants différents pour un total de 248 planètes modèles. Les simulations informatiques ont montré que les processus chimiques détruisent la plupart₂O Molécules d’eau. L’hydrogène (H) et l’oxygène (O) se fixent aux composés métalliques, et ceux-ci disparaissent largement dans le noyau de la planète.

Même si la précision de ces calculs a certaines limites, les chercheurs sont convaincus par les résultats.

“Nous nous concentrons sur les principales tendances et pouvons clairement voir dans les simulations que les planètes ont beaucoup moins d’eau qu’elles ne s’accumulent à l’origine”, explique Werlen. “L’eau qui reste réellement à la surface comme H₂O est limité à quelques pour cent au plus. “

Dans une publication antérieure, le groupe de Dorn était déjà en mesure de montrer comment la majeure partie de l’eau d’une planète est cachée à l’intérieur.

“Dans la présente étude, nous avons analysé la quantité d’eau au total sur ces sous-neptunes”, explique le chercheur, “Selon les calculs, il n’y a pas de mondes lointains avec des couches massives d’eau où l’eau représente environ 50% de la masse de la planète, comme cela pensait auparavant. Des mondes hycean avec 10 à 90% d’eau sont donc très peu improbables.”

Cela rend la recherche de la vie extraterrestre plus difficile que l’espéré. Les conditions propices à la vie, avec une eau liquide suffisante à la surface, ne sont susceptibles d’exister que sur des planètes plus petites, qui ne seront probablement observables qu’avec des observatoires encore plus puissants que le télescope spatial James Webb.

La Terre n’est pas un cas spécial

Dorn trouve le rôle de la Terre particulièrement excitant à la lumière des nouveaux calculs, qui montrent que la plupart des planètes éloignées ont une teneur en eau similaire à notre planète.

“La Terre n’est peut-être pas aussi extraordinaire que nous le pensons. Dans notre étude, au moins, cela semble être une planète typique”, dit-elle.

Les chercheurs ont également été surpris par une différence apparemment paradoxale: les planètes avec les atmosphères les plus riches en eau ne sont pas celles qui ont accumulé le plus de glace au-delà de la ligne de neige, mais plutôt des planètes qui se sont formées dans la ligne de neige. Sur ces planètes, l’eau ne provenait pas de cristaux de glace, mais a été produit chimiquement lorsque l’hydrogène dans l’atmosphère planétaire a réagi avec l’oxygène des silicates dans l’océan magmatique pour former H₂O molécules.

“Ces résultats remettent en question le lien classique entre la formation riche en glace et les atmosphères riches en eau. Au lieu de cela, ils mettent en évidence le rôle dominant de l’équilibre entre l’océan magmatique et l’atmosphère dans la formation de la composition planétaire”, conclut Werlen.

Cela aura des implications de grande envergure pour les théories de la formation planétaire et l’interprétation des atmosphères exoplanétaires à l’ère du télescope James Webb.