Astrophysicienne    
 

Résumé de mes travaux de recherches


Depuis mes débuts dans la recherche, mon travail s'oriente vers des thématiques qui ont toujours le même dénominateur commun : l'étude détaillée et approfondie de l'évolution au cours du temps de la composition chimique des étoiles. Cette étude a des répercussions dans des domaines aussi variés que :

  • connaissance approfondie des intérieurs stellaires
  • relation avec vibrations solaires et stellaires (hélio- et astérosismologie)
  • contraintes sur les particules (e.g. masse du neutrino)
  • évolution générale de la composition chimique des galaxies
  • contraintes sur l'Univers primordial et la cosmologie

Les débuts

J'ai commencé à travailler sous la direction de Hubert Reeves en 1969 sur le problème des réactions nucléaires dans les étoiles. Nous cherchions à comprendre pourquoi une petite étoile appelée 3 centauri A avait des abondances d'hélium anormales. Nous n'avons pas trouvé, en tous cas pas dans le cadre des théories prévues, mais cela a quand même conduit à ma thèse de 3ème cycle, soutenue en Janvier 1971, ainsi qu'à un article Vauclair and Reeves 1972 (une thèse de 3ème cycle de l'époque correspond à peu près à un master actuel).

Mes travaux suivants ont consisté à étudier de manière détaillée les processus de transport des éléments chimiques dans les étoiles et à montrer qu'ils pouvaient rendre compte d’un grand nombre d’observations, à commencer par celles de l'étoile 3 centauri A (Vauclair, Michaud and Charland 1974). J'ai publié au cours de ces années une série d'articles qui sont considérés comme des références de base sur le sujet, en particulier avec Georges Michaud, professeur à l'Université de Montréal, Canada.Le premier et l'un des plus connus de ces articles est le MCV2 (Michaud, Charland, Vauclair and Vauclair 1976), qui jetait les bases des théories de diffusion des éléments dans les étoiles. De nombreux autres articles ont suivi.

En 1973, j’ai passé un hiver à Moscou avec mon mari Gérard Vauclair, où j’étais chercheuse associée au Conseil Astronomique de l’Académie des Sciences de l’URSS. Nous avons pu écrire un article scientifique important avec un jeune astronome russe, Aliocha Pamjatnikh, qui est à présent un chercheur mondialement connu, astronome à l'Institut Copernic de Varsovie, et que nous retrouvons régulièrement au cours de colloques internationaux. Dans cet article, nous avons montré  l'influence de la diffusion de l'hélium sur la structure interne d'une étoile et les mélanges qui s'y produisent. A la même époque j'ai aussi montré l'influence d'un vent stellaire sur la quantité d’hélium observée à la surface des étoiles.

En 1977-1978 nous avons effectué un séjour de longue durée aux Etats-Unis. Nous sommes partis en famille, avec un petit garçon de 4 ans et un autre de 9 mois. J'ai d'abord été "Assistant Professor" à l'Université de Stony Brook, près de New York, puis "Research Associate" à l'Université Columbia, au centre de New York. Enfin, nous avons passé un semestre au "California Institute of Technology" (Caltech), près de Los Angelès. Ce fut un séjour très fructueux sur le plan de la recherche et aussi de la vie en général.
 
J'ai montré, pendant cette période, que la diffusion des éléments dans un champ magnétique pouvait expliquer les anomalies de silicium observées dans certaines étoiles. Puis, en collaboration avec le Professeur Jessy Greenstein du Caltech et Gérard Vauclair, nous avons étudié les processus de diffusion des éléments dans les étoiles en fin de vie, les naines blanches. Nous avons fait des prédictions qui se sont trouvées confirmées par de nombreuses observations ultérieures.

Bien d’autres exemples pourraient être décrits ici, de cette époque très fructueuse. En 1982, j'ai publié avec G. Vauclair un article de revue dans « Annual Review of Astronomy and Astrophysics » dans lequel nous avons fait le point sur tous ces travaux.

Les années 1982-2002

En 1981, nous avons quitté Paris et plus précisément l'Observatoire de Paris-Meudon où j'effectuais mes recherches et l'Université Paris 7 où je donnais mes cours, pour nous installer à Toulouse. Nous y avons participé à la création d'un nouvel institut lié au Pic du Midi, qui s'est d'abord appelé Observatoire du Pic du Midi et de Toulouse (OPMT) et qui est devenu ensuite Observatoire Midi-Pyrénées (OMP). Nous étions alors une poignée de chercheurs venus de Paris et Nice pour construire ce nouveau site toulousain, à proximité de l'Université Paul Sabatier et du CNES, en collaboration avec les quelques astronomes qui étaient déjà sur place, soit au Pic du Midi (site à présent ouvert au public), soit  dans l'ancien observatoire de Jolimont, devenu aussi maintenant lieu d'accueil pour le public et siège de l'Académie de l'Air et de l'Espace. Pour des raisons pratiques, je me suis trouvée physiquement la première personne installée dans les nouveaux bâtiments à peine réceptionnés. A présent l'OMP regroupe 8 laboratoires de sciences de l'Univers dont mon laboratoire actuel l'Institut de Recherches en Astrophysique et Planétologie (IRAP), ce qui représente en tout un personnel de 900 chercheurs, ingénieurs de recherche, doctorants et post-doctorants, administratifs.
 
Pendant les vingt années de 1982 à 2002, j'ai enseigné comme professeur à l'Université Paul Sabatier à de très nombreux étudiants, que j'ai plaisir à revoir à l'occasion, et j'ai continué mes recherches sur la manière dont les éléments chimiques se déplacent à l'intérieur des étoiles au cours du temps. En effet, en raison de leurs masses différentes et de la différence de leur structure atomique, les éléments tombent lentement vers l'intérieur des étoiles ou sont au contraire poussés vers l'extérieur selon les cas. Ces mouvements présentent des répercussions importantes sur la structure et l'évolution des étoiles, avec des conséquences aussi bien en cosmologie que pour les galaxies ou, beaucoup plus près de nous, les relations entre le Soleil et la Terre.
 
Cette confirmation d'une théorie physique avancée a prouvé que des processus longtemps considérés comme secondaires sont en réalité fondamentaux. On sait à présent qu'ils interviennent dans toutes les étoiles, à des degrés divers. Il était donc nécessaire de les étudier de la manière la plus précise possible. Mes travaux ont porté sur l’approfondissement de la théorie et de la modélisation de la diffusion des atomes dans les étoiles et j’ai commencé, avec plusieurs collaborateurs et étudiant(e)s de recherche, à étudier en détail les processus qui entrent en compétition avec ces phénomènes de diffusion.

L’article le plus cité de cette période est connu sous le sigle « V88 » (Vauclair 1988), dans lequel j’ai proposé pour la première fois que l’abondance du lithium observée dans les étoiles, jeunes et vieilles, pouvait s’expliquer de manière cohérente grâce aux phénomènes de transport de cet élément dans les intérieurs stellaires. De nombreux travaux ont ensuite été publiés sur ce sujet. Ils ont une importance cosmologique car le lithium est l'un des très rares éléments à avoir été partiellement formé dans le Big Bang.

En 1996, des calculs effectués avec Olivier Richard, alors étudiant en thèse, en collaboration avec Corinne Charbonnel, de Toulouse et Genève, et Wojtek Dziembowski, de l'Institut Copernic de Varsovie, nous ont permis de développer l'un des meilleurs modèles du Soleil existant alors dans la communauté internationale. L’article correspondant est le plus cité de toute ma liste de publications.

En collaboration avec J.D. Landstreet, de l’ « University of Western Ontario », Canada, nous avons pu mettre en évidence de manière indirecte l’existence de vents stellaires dans certaines étoiles, en examinant les conséquences sur les abondances de certains éléments chimiques.

En collaboration avec Douglas O. Gough (Institute of Astronomy, Cambridge, Angleterre), puis Margarida Cunha (Centre d'Astronomie de l'Université de Porto, Portugal) nous avons étudié les étoiles magnétiques pulsantes. J’ai aussi conduit, avec plusieurs étudiants, des travaux sur le sujet de l’abondance du lithium dans les étoiles. Nos études de cet élément ont donné des informations précieuses sur l’Univers dans son ensemble.

Travaux effectués depuis 2002

Mon élection comme membre senior de l’Institut universitaire de France en Octobre 2002 m’a permis de consacrer encore plus de temps à la recherche, tout en gardant des responsabilités d’enseignement ainsi que des responsabilités collectives.

Dans le même temps, le domaine de la physique stellaire est passé dans une nouvelle dimension grâce à l’astérosismologie, ou étude des oscillations internes des étoiles. En effet les étoiles vibrent comme des caisses de résonance d’instruments de musique. Les répercussions de ces ondes sonores internes conduisent à des vibrations superficielles qui peuvent être détectées avec des instruments appropriés. Pour la première fois, la communauté internationale a réussi à développer des technologies (au sol ou dans l’espace) permettant ainsi de sonder l’intérieur des étoiles et de tester avec précision la physique introduite dans les modèles. Dans la suite de mes travaux, je me suis spécialement intéressée aux tests sismiques des étoiles et à la recherche des variations de leur composition chimique.

Par ailleurs, depuis une quinzaine d’années, des planètes ont été découvertes autour d’étoiles autres que le Soleil : les « exoplanètes ». On en connaît à présent plusieurs centaines. Les instruments qui permettent de détecter ces exoplanètes sont les mêmes que ceux qui permettent de détecter les vibrations stellaires.

C’est ainsi que, depuis 2002, j’ai entamé une étude approfondie des répercussions d’une variation interne de composition chimique sur les fréquences d’oscillations des étoiles, et tout particulièrement en liaison avec les études des processus de formation des systèmes planétaires. Il s’agit d’étudier, de la manière précise offerte par les techniques nouvelles d’asterosismologie, les étoiles centrales de systèmes planétaires et de les comparer aux étoiles qui n’ont pas de planètes détectées.

En juin 2004, j’ai observé les oscillations de l’étoile mu Arae, depuis le Chili, avec mon étudiant en thèse Michaël Bazot. Les résultats obtenus ont été spectaculaires, et nous avons prouvé l’importance et la potentialité de ce type d’études. De plus, nous avons eu la chance de découvrir grâce à ces observations la plus petite exoplanète connue à l’époque, de 14 masses terrestres. Cette découverte, confirmée ensuite par nos collègues de l’observatoire de Genève, a fait l’objet de communiqués de presse au niveau national et international et a « fait la une » de plusieurs journaux et magazines au cours de l’été 2004.

Ce travail a été poursuivi avec d’autres étudiant(e)s, Matthieu Castro, Marion Laymand, Mélanie Soriano, Maria-Eliana Escobar. D’autres étoiles centrales de systèmes planétaires ont été particulièrement étudiées. L’une d’entre elles s’appelle iota Hor. L’étude sismique de cette étoile, observée dans l’hémisphère sud, a prouvé qu’elle s’est en réalité formée avec les étoiles de l’amas des Hyades, lui-même observé dans l’hémisphère nord, puis s’en est échappé. Les conséquences sont importantes pour plusieurs sous-discipline, en particulier la dynamique de la Galaxie. Ces résultats ont aussi fait l’objet de communiqués de presse, et des articles sont parus dans la presse internationale avec pour thème « le lieu de naissance d’un étoile dévoilé par sa musique ».

J'ai "pris ma retraite" de l'Université Paul Sabatier en octobre 2012 et je suis devenue "professeur émérite", ce qui signifie que je continue mes travaux de recherches dans mon laboratoire, l'IRAP. J'ai actuellement un étudiant en thèse, en codirection avec Olivier Richard, à présent membre du Laboratoire Univers et Particules de Montpellier (LUPM). Le fait que je ne donne plus de cours universitaires me laisse plus de temps pour me consacrer au grand public, donner des conférences et écrire des livres.

 

 

 

 

 


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