Le laboratoire NEW EARTH est le seul laboratoire d'imagerie à haut contraste au Canada
La découverte de mondes habitables en dehors de notre système solaire ne se limite pas à la science-fiction. L'étude d'exoplanètes — planètes qui orbitent autour d'étoiles autres que le Soleil — repousse les limites de l'astronomie. Et le Conseil national de recherches du Canada (CNRC) est à l'origine de certaines des découvertes les plus importantes dans ce domaine.
En 2008, Christian Marois (Ph. D.), du CNRC, faisait partie de l'équipe qui a été la première à obtenir une image directe de 3 exoplanètes en orbite autour de l'étoile HR 8799. Cette découverte a hissé le Canada parmi les chefs de file mondiaux de l'astronomie des exoplanètes et a révolutionné la manière dont les scientifiques étudient les mondes au-delà de notre système solaire.
Laboratoire NEW EARTH
Christian Marois (Ph. D.), au laboratoire NEW EARTH à Victoria, en Colombie-Britannique.
Aujourd'hui, M. Marois dirige le laboratoire NEW EARTH (NRC's Extreme Wavefront control for Exoplanet and Adaptive optics Research Topics) au Centre de recherche Herzberg en astronomie et en astrophysique du CNRC. Ce laboratoire, unique en son genre au Canada, se spécialise dans la mise au point d'instruments d'imagerie d'exoplanètes à haut contraste.
« L'étude d'exoplanètes est un domaine extrêmement compétitif où les découvertes sont motivées par de nouvelles idées et des technologies de pointe, explique M. Marois. Le CNRC est un chef de file mondial en optique adaptative, apportant sa technologie à certains des plus grands télescopes du monde. »
L'obtention d'images plus nettes
L'équipe SPIDERS réunie autour de l'instrument dans l'installation d'intégration du CNRC à l'Observatoire fédéral d'astrophysique, à Victoria, en Colombie-Britannique.
Pour voir clairement une planète lointaine à l'aide d'un télescope au sol, il faut d'abord composer avec l'atmosphère turbulente de la Terre. Les variations de température, de vent et de pression déforment la lumière des corps célestes lorsqu'elle traverse l'atmosphère, créant ainsi des images floues ou scintillantes — un peu comme les ondulations à l'horizon au-dessus d'une route très chaude.
Même après correction de ce flou, certaines distorsions persistent. Les astronomes appellent cela le bruit de chatoiement.
« C'est l'un des plus grands défis de l'imagerie des exoplanètes », explique William Thompson (Ph. D.), récipiendaire de la bourse Plaskett au Centre de recherche Herzberg. « Le bruit de chatoiement peut étouffer la lueur de la plupart des exoplanètes, ou encore imiter les signaux planétaires, ce qui les rend plus difficiles à détecter et à imager. »
Au laboratoire NEW EARTH du CNRC, fondé par M. Marois, des groupes de scientifiques et d'ingénieurs et ingénieures repoussent les limites de l'optique adaptative, cette technologie qui mesure et corrige le bruit de chatoiement. Ils sont en train de concevoir la prochaine génération d'instruments qui permettront bientôt aux astronomes d'étudier les exoplanètes — allant des géantes gazeuses aux planètes de type terrestre potentiellement habitables — avec un niveau de détail sans précédent.
SPIDERS
Adam Johnson (Ph. D.) prépare SPIDERS en vue de son installation sur le télescope SUBARU.
L'un des premiers projets issus du laboratoire NEW EARTH est SPIDERS (Subaru Pathfinder Instrument for Detecting Exoplanets and Retrieving Spectra), une plateforme instrumentale conçue pour valider les nouvelles technologies d'imagerie développées en laboratoire.
« SPIDERS fait progresser des méthodes novatrices pour séparer et distinguer la lumière des étoiles de la lumière bien plus faible des planètes, explique M. Thompson. Pendant un certain temps, il pourrait bien être l'imageur d'exoplanètes le plus avancé au monde. »
En décembre 2025, l'équipe a mis à l'essai SPIDERS en conditions réelles au télescope Subaru (en anglais seulement), passant ainsi du laboratoire à un environnement réel.
« Nous avons expédié SPIDERS entièrement assemblé du Canada à Hawaï. L'instrument a pu être installé et mis en service sans problème, se révélant stable dans l'observation d'étoiles réelles malgré des conditions d'observation défavorables et capable d'effectuer des corrections en temps réel comme prévu », explique Adam Johnson (Ph. D.), ingénieur mécanique en chef pour SPIDERS et chercheur postdoctoral au CNRC. « Cette première démonstration constitue une étape clé pour notre équipe. »
L'équipe aura une autre occasion de mener des essais en plein ciel avec SPIDERS en mai et juin 2026.
CAL2 : mise à niveau de l'imageur de planètes Gemini
SPIDERS fait le pont entre un démonstrateur de laboratoire et un instrument de recherche, établissant la technologie qui finira par être intégrée à un instrument d'observatoire permanent. L'équipe applique la technique FAST (Fast Atmospheric Self-coherent camera Technique), mise au point sur SPIDERS, pour mettre à niveau l'unité d'étalonnage de l'imageur de planètes Gemini (GPI), dans le cadre du projet CAL2.
« Pour la première fois, le projet CAL2 permettra de mesurer et de corriger les bruits de chatoiement stellaires en quelques millisecondes plutôt qu'en quelques minutes », explique Olivier Lardière (Ph. D.), ingénieur optique et agent de recherches au CNRC. « Cela rendra le GPI jusqu'à 100 fois plus sensible et ouvrira ainsi la voie à de nouvelles découvertes dans le domaine des exoplanètes et dans d'autres domaines de l'astronomie. »
Depuis 2014, les contributions du CNRC au GPI ont permis de réaliser des découvertes majeures. Installé sur le télescope Gemini Sud (en anglais seulement) au Chili, le GPI et son unité d'étalonnage d'origine ont été construits grâce à des contributions importantes du CNRC. Le GPI a permis de faire des découvertes révolutionnaires dans l'imagerie des exoplanètes et au-delà.
Outre CAL2, le CNRC soutient une mise à niveau complète du GPI. Une fois CAL2 achevé, le nouveau système — connu sous le nom de GPI 2.0 (en anglais seulement) — sera déplacé et réinstallé sur le télescope Gemini North (en anglais seulement) à Hawaï à l'automne 2026.
Une fois installé, le GPI 2.0 figurera parmi les imageurs d'exoplanètes les plus avancés au monde.
À la recherche de mondes habitables
Les avancées réalisées par le laboratoire NEW EARTH, SPIDERS et CAL2 font bien plus qu'affiner notre vision des mondes lointains. Elles permettent de développer les outils nécessaires aux futures missions spatiales qui partiront à la recherche de vie au-delà de notre système solaire.
Les mêmes technologies d'imagerie à haut contraste et d'optique adaptative utilisées par SPIDERS et CAL2 pourraient un jour embarquer à bord de l'Observatoire des mondes habitables de la NASA (en anglais seulement) — un télescope spatial de nouvelle génération conçu pour la découverte et l'étude d'exoplanètes semblables à la Terre et la recherche de signes de vie à l'extérieur de notre système solaire.
« Les techniques que nous développons au laboratoire NEW EARTH aideront le Canada à jouer un rôle de premier plan dans cette importante mission », déclare M. Marois, qui représente l'Agence spatiale canadienne au sein de l'équipe de l'Observatoire des mondes habitables. « Elles pourraient un jour nous aider à répondre à l'une des plus anciennes questions de l'humanité : sommes-nous seuls? »