Les deux dernières décennies ont été les témoins d'une révolution dans notre compréhension des systèmes planétaires  et de la façon dont notre Système Solaire  s’insère dans le contexte plus général des exoplanètes. Plus de 3000 systèmes exoplanétaires ont été découverts, avec une grande variété de plus de 4000 exoplanètes. Si les recherches se sont d’abord focalisées sur les “Jupiter chauds” et les planètes de type terrestre, une surprise a été que la majorité des planètes détectées présentent un rayon entre la Terre et Neptune, d’un type non représenté dans notre Système Solaire.

Ces planètes baptisées « transitionnelles » peuvent avoir soit un coeur rocheux entouré d’une enveloppe gazeuse d’hydrogène et d’hélium, ou bien contenir une enveloppe épaisse de glaces et fluides à dominance d’eau. Les spéculations sur leur nature, leur composition chimique, leur régime dynamique et l’histoire de leur formation sont nombreuses, mais les réponses sont actuellement peu nombreuses. Face à cette situation, les agences nationales et internationales ont déployé ou préparé des missions spatiales et des instruments dédiés à la caractérisation des exoplanètes et l’étude de leurs atmosphères. L’objectif est de permettre des avancées sur la compréhension de la formation et l’évolution planétaire, et comprendre pourquoi notre Système Solaire est si particulier. Il s’agit clairement d’un des sujets majeurs de la communauté astrophysique, et un guide prioritaire dans la conception de futurs instruments.

Objectifs scientifiques de l'école.
Les difficultés rencontrées pour l’étude par spectroscopie des exoplanètes sont nombreuses, et les défis pour réussir ces avancées des connaissances sont nombreux : l’extraction d’un signal très faible dans les données d’observation, les techniques observationnelles pointues et la modélisation numérique couplée de la structure chimique et dynamique confrontent la communauté astrophysique à des obstacles importants en analyse des données, en chimie théorique et expérimentale et en spectroscopie, ou en dynamique des fluides. Cet aspect interdisciplinaire très riche a ralenti la progression des connaissances, une approche parcellaire par discipline ne permettant pas d’appréhender la complexité intriquée de tous les phénomènes en jeu. L’objectif de cette école thématique qui réunira les spécialistes de ces disciplines est de fournir à toute une nouvelle génération de scientifiques les bases théoriques, les méthodes et les outils qui leur permettent de s’attaquer à ces problèmes.

Objectifs de formation
L’école de physique des Houches, fondée en 1951, offre une structure bien rodée dans le paysage de la physique française depuis 1951, dédiée à l’approfondissement dans de nouveaux domaines à des étudiants avancés ou de jeunes chercheurs. Les aspects de recherche et de formation prévus pour cette école concernent la préparation de la communauté française et internationale à l’interprétation de nouvelles données en physique des atmosphères des exoplanètes, dans le cadre de nouveaux instruments (ELT, JWST, Ariel) qui ouvriront une nouvelle fenêtre sur la connaissance des exoplanètes.
Le dispositif de l’école des Houches est particulièrement adapté à ces nouveaux territoires des connaissances, avec le partage entre cours magistraux et travaux pratiques tournés vers l’expérimentation et sa préparation. La variété des domaines concernés permettra de réunir en un même lieu un creuset de formations variées, bien adaptées pour la préparation à de futures observations. La durée de l’école (12 jours) a été décidée en fonction de la large palette de thématiques couvertes dans le domaine interdisciplinaire des exoplanètes, qui nécessite un temps relativement long pour une assimilation optimale des connaissances.

Les enjeux 

La question de la caractérisation des atmosphères d’exoplanètes a émergé dès que les premiers  paramètres issus de la détection (masse, rayon, température d’équilibre) ont été obtenus grâce aux détections d’exoplanètes par diverses méthodes (vitesses radiales, transits, détection directe, microlentilles, etc.). Cette caractérisation qui nécessite l’emploi de la spectroscopie n’est aujourd’hui accessible que sur un nombre restreint d’objets (quelques dizaines pour plus de 4000 exoplanètes détectées) et est encore très limitée. Cependant l’ère des grands télescopes avec l’ELT (2026) et les missions spatiales James Webb Space Telescope (2021) et Ariel (2029) va amener de nouvelles observations plus précises ouvertes à l’interprétation. Au niveau de la recherche française, la formation d’une nouvelle génération de scientifiques à même d’étudier ces nouvelles données est d’une grande importance pour permettre à la recherche de jouer un rôle de premier plan dans ces découvertes. L’interdisciplinarité des mesures (astrophysique, planétologie, spectroscopie, chimie moléculaire, instrumentation) rend particulièrement attractive la réunion en une seule école de plusieurs disciplines clés dans ce domaine. La structuration de la communauté au sein de l’INSU est assurée par l’implication des programmes nationaux (PNP, PNPS et PCMI), ainsi qu'avec le groupe exoplanètes inter-programme. Une coordination entre CNES et INSU est déjà présente, à travers les comités inter-organismes qui suivent les missions spatiales JWST et Ariel. Sur le plan thématique, la prospective INSU avait insisté dès son séminaire de Lalonde-les-Maures en 2015 sur la nécessaire structuration dans la recherche en émergence sur les exoplanètes. Cette nécessité a été confirmée lors du séminaire de 2020.