Formation planétaire : de la Terre aux exoplanète - Alessandro Morbidelli
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Astronomy
Science
Alessandro Morbidelli, planétologue à l'Observatoire de la Côte d'Azur, est membre associé de l'Académie des sciences et de l'Académie royale de Belgique. Il a dirigé le Programme national de planétologie (PNP) du Centre national de la recherche scientifique (CNRS) de 2010 à 2018 et préside le groupe thématique Système solaire du Centre national d'études spatiales (CNES) depuis 2019. Depuis 2021, il est également rédacteur en chef de la revue internationale Icarus, dédiée à la planétologie et fondée par Carl Sagan. En tant qu'expert de la théorie des systèmes dynamiques conservatifs, il consacre ses recherches désormais à la formation et à l'évolution des systèmes planétaires, avec un intérêt particulier pour l'histoire du système solaire. Grâce à des simulations numériques, il a démontré que la structure actuelle du système solaire est le résultat d'une phase d'instabilité dynamique de ses planètes géantes, qui s'est produite au cours des premiers 100 millions d'années de notre système. En 2020, il a obtenu un financement du Conseil européen de la recherche (European Research Council/ERC) pour développer un modèle cohérent de la formation de la Terre, en accord avec les contraintes astronomiques et cosmochimiques. Il a reçu de nombreuses distinctions, dont le prix Urey de la division des sciences planétaires de l'Association astronomique américaine en 2000, le grand prix Mergier-Bourdeix de l'Académie des sciences en 2009 et la médaille d'argent du CNRS en 2019. En 2023 il est élu professeur du Collège de France à la chaire Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes.
Conférence - David Nesvorný : Dynamical Origins and Properties of the Near-Earth Object Population
1 hr 7 min
Alessandro Morbidelli Chaire Chaire Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes Collège de France Année 2025-2026 David Nesvorný Conférence - David Nesvorný : Dynamical Origins and Properties of the Near-Earth Object Population David Nesvorný Southwest Research Institute, USA Résumé Near-Earth Objects (NEOs) are a transient population of small bodies with orbits in or near the terrestrial planet region. They represent an intermediate stage in the dynamical evolution of asteroids and comets - originating in the main belt or trans-Neptunian scattered disk - and ending with planetary impacts, solar disintegration, or ejection from the Solar System. We present an accurate physical model of NEOs developed by tracking the dynamical evolution of main-belt asteroids and comets onto NEO orbits. The model is calibrated using data from the Catalina Sky Survey (CSS) and Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). Results show a size-dependent contribution from the main belt, with the ν6 and 3:1 resonances accounting for ~80% of faint NEOs. The debiased NEO albedo distribution is well fit by a sum of two Rayleigh distributions with scale parameters of 3% and 17%. We estimate 830±60 NEOs with diameters >1 km and 20,000±2,000 with diameters >140 m. The Earth impact probability for a >140 m object over the next millennium is ~5%. Compared to a direct-delivery model from the main belt, the CSS-detected small NEOs show an excess of low-eccentricity orbits between 1–1.6 au. This excess may result from tidal disruption of large NEOs during close encounters with the Earth.
09 - Les astéroïdes et leurs échantillons : les météorites – témoins des premières phases de la formation planétaire : Formation et évolution de la ceinture des astéroïdes
1 hr 37 min
Alessandro Morbidelli Chaire Chaire Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes Collège de France Année 2025-2026 09 - Les astéroïdes et leurs échantillons : les météorites – témoins des premières phases de la formation planétaire : Formation et évolution de la ceinture des astéroïdes
Conférence - David Nesvorný : Collisional Families in the Asteroid Belt and Sources of Meteorites
1 hr 4 min
Alessandro Morbidelli Chaire Chaire Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes Collège de France Année 2025-2026 David Nesvorný Conférence - David Nesvorný : Collisional Families in the Asteroid Belt and Sources of Meteorites David Nesvorný Southwest Research Institute, USA Résumé Main-belt asteroids originally formed in a dynamically quiet disk, but their orbits were later stirred by Jupiter's gravity, leading to high-speed collisions. Over the age of the Solar System, dozens of large asteroids have been disrupted by such impacts, producing groups of fragments known as asteroid families. Here we explain how asteroid families are identified, review the current inventory, and discuss how they provide insight into the collisional and dynamical evolution of the asteroid belt. Currently, about 360 asteroid families have been cataloged, including ~100 that formed within the past 10 million years. Studies of these families shed light on the physics of large-scale collisions - a key process in the formation of Earth and other terrestrial planets - and place important constraints on the belt's collisional history. Some findings suggest that much of the asteroid belt may be composed of fragments from early, unresolved breakups. Asteroid families also play a crucial role in understanding orbital evolution, including the influence of radiative forces like the Yarkovsky and YORP effects, as well as resonant interactions - processes that underpin the delivery of near-Earth asteroids and meteorites.
Séminaire - Sébastien Charnoz : Condensation hors-équilibre et oxydation dans le Système solaire
52 min
Alessandro Morbidelli Chaire Chaire Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes Collège de France Année 2025-2026 Sébastien Charnoz Université Paris-Cité, IPGP, Paris Séminaire - Sébastien Charnoz : Condensation hors-équilibre et oxydation dans le Système solaire
08 - Les astéroïdes et leurs échantillons : les météorites – témoins des premières phases de la formation planétaire : Une vision globale (partielle) de l'évolution initiale du Système solaire interne
57 min
Alessandro Morbidelli Chaire Chaire Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes Collège de France Année 2025-2026 08 - Les astéroïdes et leurs échantillons : les météorites – témoins des premières phases de la formation planétaire : Une vision globale (partielle) de l'évolution initiale du Système solaire interne
Conférence - David Nesvorný : Following Comets to Their Distant Source Reservoirs and Back
56 min
Alessandro Morbidelli Chaire Chaire Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes Collège de France Année 2025-2026 David Nesvorný Conférence - David Nesvorný : Following Comets to Their Distant Source Reservoirs and Back David Nesvorný Southwest Research Institute, USA Résumé Comets are icy bodies that originate in the trans-Neptunian region and evolve into the inner Solar System, where they become active due to the sublimation of water ice triggered by solar heating. We describe dynamical models that trace the implantation of comets into their distant source reservoirs during the early Solar System, approximately 4.6 billion years ago. These models are used to predict the present-day orbital distribution and number of active comets, which are then compared to observational data. The results indicate that the scattered disk and the Oort cloud are the primary source reservoirs for ecliptic comets (short-period) and isotropic comets (long-period and Halley-type), respectively. The observed orbital distribution of ecliptic comets is well reproduced if their physical lifetimes are limited to a few hundred perihelion passages within 2.5 astronomical units of the Sun. In contrast, small Oort-cloud comets tend to be more active and typically disintegrate after only a few such passages. Halley-type comets appear to represent an extension of the population of large, returning Oort-cloud comets to shorter orbital periods. We explore how the dynamical structure of cometary reservoirs is affected by the Galactic tide and Sun's birth environment within a stellar cluster.
07 - Les astéroïdes et leurs échantillons : les météorites – témoins des premières phases de la formation planétaire : La dynamique des poussière et la formation des planétésimaux: théorie vs. observations
1 hr 53 min
Alessandro Morbidelli Chaire Chaire Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes Collège de France Année 2025-2026 07 - Les astéroïdes et leurs échantillons : les météorites – témoins des premières phases de la formation planétaire : La dynamique des poussière et la formation des planétésimaux: théorie vs. observations
Conférence - David Nesvorný : Formation of Equal-Size Binaries in the Kuiper Belt
58 min
Alessandro Morbidelli Chaire Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes Collège de France Année 2025-2026 David Nesvorný Conférence - David Nesvorný : Formation of Equal-Size Binaries in the Kuiper Belt David Nesvorný Southwest Research Institute, USA Résumé A critical step in the emergence of planets within a protoplanetary disk is the accretion of planetesimals - bodies ranging from 1 to 1,000 kilometers in size - formed from smaller solid constituents. However, this process remains poorly understood, largely due to limited observational constraints on the complex physical mechanisms involved in planetesimal formation. In the outer Solar System, the best place to look for clues is the Kuiper belt, where a population of icy planetesimals survived to this day. We present evidence that Kuiper Belt planetesimals formed via the streaming instability, a process in which aerodynamically concentrated clumps of pebbles undergo gravitational collapse to form 100-kilometer-class bodies. This mechanism explains the high prevalence of equal-sized binaries observed in the Kuiper Belt. The model predicts a broad inclination distribution and a predominance of prograde binary orbits, consistent with observations of trans-Neptunian binaries. Given its robustness across a wide range of protoplanetary disk conditions, the streaming instability is likely to have played a central role in seeding planetesimal formation throughout the Solar System and in other planetary systems as well.
06 - Les astéroïdes et leurs échantillons : les météorites – témoins des premières phases de la formation planétaire : La dichotomie isotopique
1 hr 32 min
Alessandro Morbidelli Chaire Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes Collège de France Année 2025-2026 06 - Les astéroïdes et leurs échantillons : les météorites – témoins des premières phases de la formation planétaire : La dichotomie isotopique
Séminaire - Clara Maurel : Le paléomagnétisme des météorites : de l'évolution du disque protoplanétaire à la structure interne des corps parents
47 min
Alessandro Morbidelli Chaire Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes Collège de France Année 2025-2026 Séminaire - Clara Maurel : Le paléomagnétisme des météorites : de l'évolution du disque protoplanétaire à la structure interne des corps parents Clara Maurel CNRS, CEREGE, Aix-en Provence
05 - Les astéroïdes et leurs échantillons : les météorites – témoins des premières phases de la formation planétaire : Le paléomagnétisme des météorites : de l'évolution du disque protoplanétaire à la structure interne des corps parents
58 min
Alessandro Morbidelli Chaire Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes Collège de France Année 2025-2026 05 - Les astéroïdes et leurs échantillons : les météorites – témoins des premières phases de la formation planétaire : Le paléomagnétisme des météorites : de l'évolution du disque protoplanétaire à la structure interne des corps parents
Séminaire - Yves Marrocchi : Histoire de la poussière du système solaire raconté par les chondres
48 min
Alessandro Morbidelli Chaire Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes Année 2025-2026 Collège de France Séminaire - Yves Marrocchi : Histoire de la poussière du système solaire raconté par les chondres Yves Marrocchi CNRS, CRPG, Nancy
04 - Les astéroïdes et leurs échantillons : les météorites – témoins des premières phases de la formation planétaire : Les chondres
1 hr 4 min
Alessandro Morbidelli Chaire Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes Année 2025-2026 Collège de France 04 - Les astéroïdes et leurs échantillons : les météorites – témoins des premières phases de la formation planétaire : Les chondres
Séminaire - Adnan Ahmad : Formation des disques protoplanétaires et mécanismes de transport des CAIs
47 min
Alessandro Morbidelli Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes Collège de France Année 2025-2026 Séminaire - Adnan Ahmad : Formation des disques protoplanétaires et mécanismes de transport des CAIs Adnan Ahmad CRAL, ENS Lyon
03 - Les astéroïdes et leurs échantillons : les météorites – témoins des premières phases de la formation planétaire : Formation des disques protoplanétaires et mécanismes de transport des CAIs
58 min
Alessandro Morbidelli Chaire Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes Collège de France Année 2025-2026 04 - Les astéroïdes et leurs échantillons : les météorites – témoins des premières phases de la formation planétaire : Formation des disques protoplanétaires et mécanismes de transport des CAIs
02 - Les astéroïdes et leurs échantillons : les météorites – témoins des premières phases de la formation planétaire : Les météorites et leur provenance
1 hr 49 min
Alessandro Morbidelli Chaire Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes Collège de France Année 2025-2026 02 - Les astéroïdes et leurs échantillons : les météorites – témoins des premières phases de la formation planétaire : Les météorites et leur provenance
01 - Les astéroïdes et leurs échantillons : les météorites – témoins des premières phases de la formation planétaire : La ceinture des astéroïdes
1 hr 50 min
Alessandro Morbidelli Chaire Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes Collège de France Année 2025-2026 01 - Les astéroïdes et leurs échantillons : les météorites – témoins des premières phases de la formation planétaire : La ceinture des astéroïdes
08 - Origine et évolution du Système solaire externe : L'origine des satellites irréguliers des planètes géantes et des Troyens de Jupiter et Neptune dans le modèle de Nice
1 hr 20 min
Alessandro Morbidelli Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes Collège de France Année 2024-2025 08 - Origine et évolution du Système solaire externe : L'origine des satellites irréguliers des planètes géantes et des Troyens de Jupiter et Neptune dans le modèle de Nice Résumé La capture des satellites irréguliers des planètes géantes et des Troyens de Jupiter et de Neptune, ainsi que leurs propriétés physiques et dynamiques, ne peuvent être expliquées ni par la simple croissance en masse des planètes géantes ni par leur migration dans le disque des planétésimaux. Seule l'instabilité planétaire décrite par le modèle de Nice, avec ses rencontres proches entre planètes, rend compte de l'existence et des caractéristiques de ces populations. Avec les orbites planétaires, l'existence et les propriétés des satellites irréguliers des planètes géantes ainsi que des Troyens de Jupiter et de Neptune constituent la preuve principale de la validité du modèle de Nice.
Séminaire - Sarah Joiret : Le bombardement cométaire des planètes telluriques
48 min
Alessandro Morbidelli Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes Collège de France Année 2024-2025 Séminaire - Sarah Joiret : Le bombardement cométaire des planètes telluriques Sarah Joiret Collège de France Résumé Lors de l'instabilité des planètes géantes, le disque transneptunien est complètement dispersé. Une partie des objets est alors projetée vers l'intérieur du Système solaire, provoquant un intense bombardement cométaire des planètes telluriques. Les propriétés des gaz rares présents dans l'atmosphère terrestre enregistrent ce bombardement, permettant d'en contraindre l'ampleur et, en partie, la temporalité par rapport à l'histoire d'accrétion de la Terre.
07 - Origine et évolution du Système solaire externe : L'origine de la ceinture de Kuiper dans le modèle de Nice
1 hr 0 min
Alessandro Morbidelli Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes Collège de France Année 2024-2025 07 - Origine et évolution du Système solaire externe : L'origine de la ceinture de Kuiper dans le modèle de Nice Résumé L'instabilité planétaire décrite par le modèle de Nice propose une dynamique de Neptune qui diffère en partie de la migration graduelle vers l'extérieur précédemment utilisée pour expliquer la structure de la ceinture de Kuiper (voir cours 4). Il est donc nécessaire de revisiter l'origine de cette structure à la lumière du modèle de Nice pour en vérifier la validité. Il en ressort que certains aspects subtils de la distribution des objets transneptuniens ne peuvent être expliqués qu'en tenant compte d'une phase d'instabilité dynamique des planètes géantes, telle que celle décrite par le modèle de Nice.
