Un nouvel éclairage sur le chaos planétaire

Il y a plus de trente ans, grâce à des méthodes de calcul formel, Jacques Laskar montre que le mouvement des planètes dans le Système solaire est chaotique. Il met en évidence le rôle majeur de deux résonances¹ entre les mouvements de précession (lents changements d'orientation de l’axe des orbites) planétaires. L’une fait intervenir les modes associés aux planètes Mercure, Vénus, Jupiter et l’autre est liée à la Terre et à Mars. Une des premières conséquences est l’impossibilité de prédire le mouvement des planètes sur une durée de plus de 60 millions d’années (Ma), l’incertitude sur les trajectoires des orbites étant multipliée par 10 tous les 10 Ma. Ceci limite les possibilités de calculer les variations de l’insolation à la surface de la Terre résultant des variations de l’orbite terrestre, elles-mêmes dues aux perturbations des autres planètes. Ceci limite alors aussi la possibilité d’établir des échelles de temps géologiques basées sur la corrélation entre les séries sédimentaires qui témoignent des variations climatiques du passé et les calculs d’insolation de la mécanique céleste. Sur des durées plus longues de l’ordre de l’âge du Système solaire, les planètes peuvent même entrer en collision, entre elles ou avec le soleil, avec, pour Mercure, une probabilité de collision avec le Soleil de l’ordre de 1 %.

L’existence du chaos est maintenant bien acceptée mais son origine restait encore source de controverses. Pour mettre fin aux doutes, Federico Mogavero et Jacques Laskar, de l'IMCCE, ont utilisé le logiciel de calcul formel TRIP, développé depuis 1988 à l'IMCCE, pour conduire une étude systématique des résonances présentes dans le Système solaire interne. Ils retrouvent bien les résonances découvertes il y a trente ans par J. Laskar. En même temps, un réseau multidimensionnel complexe de nouvelles résonances, couplant les planètes internes, est révélé. Les chercheurs montrent que la prise en compte des résonances principales permet de rendre compte du temps de divergence exponentielle des orbites planétaires.

¹ Deux mouvements sont en résonance si le rapport de leurs périodes est un nombre rationnel.