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Emile Francqui
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2021 Rapport Jury Michaël Gillon

Remise solennelle du Prix Francqui par Sa Majesté le Roi Philippe
au Palais des Académies le 7 décembre 2021

Carrière – Recherche – Rapport du jury

Sa Carrière

 

Michaël Gillon nait à Liège en 1974 et grandit à Louveigné, un petit village de la région liégeoise. Dès sa plus tendre enfance, ce fils d’un ouvrier communal et d’une secrétaire a toujours été attiré par les étoiles et fasciné par la possible existence d’une vie ailleurs dans l’Univers.

Il effectue ses humanités générales à l’Athénée d’Esneux (1e à 4e année), puis à celle d’Aywaille (5e et 6e année). Adolescent rêveur, il se cherche beaucoup. Les sciences l’intéressent, (la biochimie notamment,) mais les études universitaires qui lui sont présentées comme extrêmement difficiles l’intimident. C’est ainsi qu’à l’issue de ses études secondaires à l’âge de 17 ans, poussé par son goût pour le sport, il entame alors une carrière au sein de l’armée Belge, dans l’infanterie. Après quelques années comme fantassin au sein du Régiment des Chasseurs Ardennais de Marche-en-Famenne, il développe une maladie du système nerveux (fibromyalgie) qui rend son travail de militaire de moins en moins gratifiant. Diminué physiquement, il va alors se réfugier dans la lecture, notamment celle de nombreux livres de vulgarisation scientifique qui vont développer chez lui une passion toujours plus forte pour l’étude de la vie, de l’Univers et de leurs mystères. Réformé de l’armée pour raison médicale en 1998, il se lance ainsi, à 24 ans, dans une 1ère année en biologie à l’Université de Liège. Ce sera une révélation. A sa surprise, ses notes sont excellentes, ce qui renforce sa confiance en lui et exacerbe son envie d’apprendre et de comprendre. Il cumule alors, toujours à Liège, l’étude de biologie et de la physique (bacheliers), puis de la biochimie et l’astrophysique (masters).

En 2002, il entame alors, toujours à Liège, un doctorat en astrophysique axé sur la mission spatiale CoRoT. L’un des objectifs scientifiques de cette mission est la détection et l’étude d’exoplanètes, un jeune domaine alors en plein essor (les premières exoplanètes ne furent détectées qu’en 1992) intimement lié à la question qui fascine Michaël Gillon depuis toujours : sommes-nous seuls dans l’Univers ?

Après avoir défendu sa thèse en mars 2006, pour laquelle il obtient la plus grande distinction, il part ensuite pour un séjour post-doctoral à l’observatoire de Genève où il intègre pendant près de trois ans le groupe de Michel Mayor et Didier Queloz, pionniers du domaine récompensés en 2019 par un prix Nobel pour leur détection de la première exoplanète en orbite autour d’une étoile similaire au Soleil.

De retour à l’Université de Liège en janvier 2009, d’abord comme chercheur post-doctorant puis comme Chercheur Qualifié FNRS en 2010 et Maître de Recherches FNRS en 2018, le Docteur Gillon poursuit ses travaux sur la détection d’exoplanètes et leur caractérisation physico-chimique. Il est notamment à l’origine du projet TRAPPIST, basé sur un télescope robotique qu’il installe avec des collègues liégeois à l’Observatoire Européen Austral de La Silla au Chili en 2010, et pour lequel il dirige le programme exoplanète.  Il a également conçu et développé le projet SPECULOOS basé sur la recherche d’exoplanètes potentiellement habitables en transit autour d’étoiles proches de très faible masse. En 2020, il développe avec sa collègue liégeoise Emmanuelle Javaux une nouvelle Unité de Recherche au sein de l’Université de Liège consacrée à l’astrobiologie, un champ de recherche multidisciplinaire dédié à l’étude de l’origine, l’évolution, la distribution, et le futur de la vie dans l’Univers.

Durant sa carrière, le Docteur Gillon s’est vu décerner de nombreuses récompenses, dont un prestigieux prix Balzan en 2017 et la médaille Exceptional Scientific Achievement de la NASA en 2018. Il fût également nominé comme l’une des 100 personnes les plus influentes de la planète par le magazine Time en 2017.

Michaël Gillon aime partager sa passion pour la recherche avec le grand public, via notamment des conférences et sa participation à des documentaires télévisés. Il est également passionné de littérature de science-fiction. Il vit avec sa famille à Anthisnes, petit village de la région liégeoise.  Sa compagne se nomme Wendy et il est fier d’être le papa d’Amanda et de Lucas.

 

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 Ses travaux

En 1995, une nouvelle ère de l’astronomie moderne a débuté avec la découverte de la première planète en orbite autour d’une autre étoile semblable au Soleil. Depuis lors, plusieurs milliers de ces « exoplanètes » ont été découvertes, révélant une diversité inattendue de systèmes planétaires à l’échelle galactique. Nous savons désormais que la plupart des étoiles de la Voie lactée – et par extension de l’Univers – abritent leur propre cortège de planètes, et que l’architecture de notre système solaire n’est en rien la norme. De plus, il est désormais établi que des planètes de taille et de masse similaires à la Terre sont très fréquentes autour des autres étoiles que le Soleil, et que notre seule Galaxie abrite des dizaines de milliards de mondes potentiellement habitables. Dans un futur proche, certains télescopes géants devraient même être capables de sonder les compositions atmosphériques de certaines de ces planètes, afin d’y chercher notamment des traces chimiques d’origine biologique.

Le Docteur Gillon a apporté plusieurs contributions majeures à cette « révolution des exoplanètes », concentrant ses recherches pionnières sur le sous-ensemble des exoplanètes qui transitent (i.e. éclipsent) leurs étoiles parentes, motivé par la caractérisation détaillée (orbite, masse, rayon, atmosphère, etc.) rendue possible par cette configuration géométrique particulière.

En 2007, un an seulement après avoir terminé sa thèse de doctorat, il met en place une recherche des « transits » (c’est-à-dire des passages devant leur étoile) de planètes de faible masse. Cette recherche conduit aux premières mesures de la taille et de la densité d’une exoplanète significativement plus petite que Jupiter, GJ436b, qui s’est révélée être de densité similaire à celle de Neptune.

En 2008, il imagine et développe le projet d’un petit télescope robotique optimisé pour la mesure de transits d’exoplanètes.  Ce projet, qu’il nommera TRAPPIST, prendra vie en 2010 au Chili grâce à un financement du FNRS. Son programme exoplanète contribuera à la découverte de plus de deux cents planètes entre 2010 et 2021.

 

En 2009, le Docteur Gillon dirige la première mesure robuste de l’émission thermique d’une exoplanète depuis le sol, utilisant pour ce faire le Very Large Telescope européen situé au Chili. A la même période, il imagine un nouveau projet visant à détecter des exoplanètes potentiellement habitables se prêtant bien à des études atmosphériques détaillées, voir à la détection de traces de vie (biosignatures). Afin d’atteindre un objectif aussi ambitieux, le projet (que le Docteur Gillon nommera SPECULOOS) a comme concept de se focaliser sur des étoiles délaissées par les autres recherches d’exoplanètes, les « étoiles naines ultrafroides », des étoiles bien moins massives et plus froides que le Soleil et de taille comparable à Jupiter. Alors que les estimations théoriques de l’époque prédisent une faible occurrence de planètes similaires à la Terre autour de ces étoiles miniatures, Michaël Gillon a l’intuition du contraire et estime que SPECULOOS pourrait découvrir les premières exoplanètes se prêtant bien à la recherche de traces de vie.

En 2010, Michaël Gillon initie un autre projet de recherche de transits d’exoplanètes, cette fois avec le télescope spatial Spitzer de la NASA. En 2011, cette étude détecte le transit d’une « super-Terre » en orbite autour de l’étoile proche 55 Cancri, et révéle sa composition rocheuse. En poursuivant leurs observations, son équipe et lui vont alors détecter la « lumière » de la planète (son émission thermique), une première pour une planète de si petite taille.

En 2011, Michaël décide d’utiliser TRAPPIST comme prototype pour SPECULOOS, observant une après l’autre un échantillon d’une cinquantaine d’étoiles ultrafroides très proches afin de démontrer la possibilité de détecter une Terre potentiellement habitable autour de ce genre d’étoiles (et d’ainsi convaincre divers sponsors de financer SPECULOOS).

Fin 2015, SPECULOOS est partiellement financé (notamment par le Conseil Européen de la Recherche) et en plein développement, et son prototype sur TRAPPIST est toujours en cours. Ses observations révèlent alors l’existence de trois planètes de taille terrestre autour d’une étoile ultrafroide proche que le Docteur Gillon va renommer « TRAPPIST-1 ». Cette découverte démontre ainsi de la manière la plus éclatante qui soit l’intuition à la base du projet SPECULOOS : les étoiles ultrafroides abritent bien des planètes similaires en taille et en masse à la Terre. Avec son équipe, Michaël Gillon va alors intensifier l’observation de l’étoile en 2016. Leurs observations vont révéler la présence de quatre autres planètes de taille terrestre autour de l’étoile. Trois de ces planètes orbitent dans la zone « habitable » de l’étoile, et toutes les sept se prêtent bien à une étude atmosphérique détaillée avec les télescopes géants en préparation, notamment le télescope spatial James Webb (qui devrait être lancé par la NASA en octobre de cette année 2021). Cette découverte, qui apporte la première opportunité de trouver de la vie autour d’une autre étoile que le Soleil, va connaître un impact scientifique et médiatique énorme.

Toujours entre 2015 et 2017, le programme Spitzer dirigé par le Docteur Gillon révèle la composition rocheuse de deux autres super-Terres en orbite autour d’une étoile située à « seulement » 21 années-lumière de la Terre, ce qui en fait les exoplanètes rocheuses les plus proches connues à ce jour.

A partir de 2018, Michaël Gillon se consacre quasiment exclusivement à l’étude de TRAPPIST-1 et au développement de SPECULOOS.  Il dirige ainsi le programme d’exploration Red Worlds de la NASA dont les observations de TRAPPIST-1 effectuées à nouveau avec le télescope spatial Spitzer permettent de mesurer la masse et la taille des sept planètes avec une précision inégalée, confirmant leur nature rocheuse et apportant des contraintes importantes sur leurs compositions internes. En parallèle, il lance avec sa collaboratrice Victoria Meadows (Univ. de Washington) une initiative communautaire ayant pour objectif d’optimiser l’étude des planètes du système avec James Webb. Quant au projet SPECULOOS, il voit le jour et commence ses observations en 2019, et traque depuis lors  sans relâche des systèmes similaires à TRAPPIST-1.

Sur l’ensemble de sa carrière, le Docteur Gillon a directement participé à la détection de plusieurs centaines d’exoplanètes, et à l’étude détaillé de plusieurs dizaines d’entre elles. Il est à l’origine de plusieurs découvertes majeures en exoplanétologie, notamment celle des premières exoplanètes potentiellement habitables se prêtant bien à une recherche de traces chimiques de vie. Ses travaux constituent un pas de plus vers la réponse à la question fascinante de l’existence d’une vie ailleurs dans l’Univers.

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Rapport du Jury (19 avril 2021)

The 2021 Francqui Prize is awarded to Michaël Gillon for his pioneering discoveries in astronomy, in particular in the fields of comparative exoplanetology and astrobiology. His research on transiting exoplanets led to the discovery of many earth-sized planets, in particular the famous TRAPPIST-1 system, which hosts seven terrestrial planets allowing us to investigate potentially habitable worlds far beyond our own.

In 1995, a new era of modern astronomy started with the discovery of the first planet in orbit around another Sun-like star. Since then, more than 4000 of these exoplanets have been discovered revealing an unexpected diversity of planetary systems. Michaël Gillon is a world leader in the second wave of this “exoplanet revolution”, most notably in the finding and characterization of low-mass planets like Earth by the transiting technique.

Transiting exoplanets are planets in other solar systems that happen to be aligned relative to us such that the planets pass in front of their central star and block a part of its light. The blocking of light by the planet and its atmosphere can be studied from space as well as from the ground, and Dr. Gillon has done both. These systems allow us to thoroughly characterize large samples of terrestrial worlds, assess their potential habitability, and even to probe their atmospheric compositions for chemical signs of life.

The TRAPPIST-1 exoplanetary system is a compact analog of the inner solar systemconsisting of seven Earth-sized planets around a faint low-mass star, of which three lie in the habitable zone. Located 40 light years from earth, these exoplanets only need a few days up to two weeks to complete one orbit around their star. Dr. Gillon provided the first mass and radius measurements of these habitable Earth-sized planets and thus their bulk densities

and overall composition. His discovery has catalyzed a flurry of new studies and has captured the attention of people around the globe, not only experts, but also the general public.

These findings did not happen by chance, but resulted from a clear strategy and a focused observational and instrumentation program. In 2007, well before the TRAPPIST-1 discovery, Dr. Gillon launched a search for the transits of low-mass planets previously detected by radial velocity measurements. He developed techniques for extreme precision photometry from the ground using small telescopes. This project led to the first size measurement of an exoplanet significantly smaller than Jupiter and with a density similar to Neptune. In 2011 he and his colleagues found the transit of a “super-Earth” orbiting a naked-eye star and directly detected light from a rocky exoplanet. Dr. Gillon continues to play an important role in many current and future space-based transiting exoplanet programs on the ground and in space. He led the relatively low-cost TRAPPIST project and the 2017 publication of its most famous result. This signature discovery has inspired billions of people around the world and changed how we think about life and our place in the universe.

 

Jury International dans lequel siégeaient :

Professor Dr. Ben L. Feringa , born May 18, 1951 in Barger-Compascuum, is a Dutch chemist winner of the 2016 Nobel Prize in Chemistry, which he won for his work with Jean-Pierre Sauvage and James Fraser Stoddart on the design and synthesis of molecular machines.  Jacobus van’t Hoff Distinguished Professor Molecular Sciences.

Président

et

Professor Dr. Matthias Beller is born in Gudensberg (Germany) in 1962, obtained his PhD in 1989 working with Lutz F. Tietze at the University of Go¨ttingen. After one year of post-doctoral research with Barry Sharpless at MIT (USA), from 1991 to 1995 he worked at Hoechst AG in Frankfurt. Then, he started his academic career at TU Munich. In 1998, he relocated to Rostock to head the LeibnizInstitute for Catalysis. Matthias Beller is also Vice-president of the Leibniz Association and a member of 3 German Academies of Sciences including the German National Academia ‘‘Leopoldina’’. The research of his group has been published in more than 1000 original articles and reviews and focused on applying homogeneous and heterogeneous catalysis for the synthesis of fine/bulk chemicals as well as energy technologies.

Robbert Dijkgraaf is director and Leon Levy Professor at the Institute for Advanced Study and distinguished university professor of mathematical physics at the University of Amsterdam. His research focusses on the interface between mathematics and particle physics. He is past president of the Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences and the InterAcademy Partnership, the
global alliance of national academies of science. He was awarded the Spinoza Prize and holds honorary degrees from Nijmegen, Leiden and Brussels. He is a member of the American Academy of Arts and Sciences and the American Philosophical Society, and a foreign member of the Royal Society of Edinburgh and the Royal Flemish Academy of Belgium for Science and the Arts.

Heino Falcke is Professor of Astroparticle Physics and Radio Astronomy at the Institute for Mathematics, Astronomy and Particle Physics (IMAPP) of the Faculty of Science at Radboud University in Nijmegen and member of the Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences (KNAW). He studies black holes and high-energy elementary particles, using the entire range of theoretical, computational, observational and experimental astrophysics.  In 2000 he proposed to image the shadow of a black hole with radio telescopes and later played a leading role in the Event Horizon Telescope collaboration, presenting the first image of a black hole. Awards that he received include the Netherlands Spinoza Prize, the Henry Draper medal of the US National Academy of Science, the Academy Award of the Berlin-Brandenburg Academy of Sciences and Humanities, and two ERG grants.

Professor Sir Richard Friend FRS is at the Department of Physics at the University of Cambridge. His research encompasses the physics, materials science and engineering of semiconductor devices made with carbon-based semiconductors, particularly polymers.  His research advances have shown that carbon-based semiconductors have significant applications in LEDs, solar cells, lasers, and electronics.   These have been developed and exploited through a number of spin-off companies.  His current research interests are directed to novel schemes that seek to improve the performance and cost of solar cells.

Professor Friend is a Fellow of the Royal Society and of the Royal Academy of Engineering, and a Foreign Member of the US National Academy of Engineering.  He has received many international awards for his research, including Laureate of the Millennium Prize for Technology (2010) the Harvey Prize (2011) of the Israel Institute of Technology and the von Hippel Award of the Materials Research Society (2015).  He was knighted for « Services to Physics » in the Queen’s Birthday Honours List, 2003.

Professor Jianqing Fan is Frederick L. Moore Professor, Princeton University.   He was the past president of the Institute of Mathematical Statistics and International Chinese Statistical Association. He is co-editing  Journal of  Business and Economics Statistics and was the co-editor of The Annals of StatisticsProbability Theory and Related Fields, and Journal of Econometrics.    His published work on statistics, machine learning, economics, finance, and computational biology has been recognized by numerous awards and honors.

Professor Laura Kiessling earned a BS in Chemistry from the Massachusetts Institute of Technology and a Ph.D. in Organic Chemistry from Yale University.  After two years at the California Institute of Technology as an American Cancer Society Postdoctoral Fellow, she joined the faculty of the University of Wisconsin, Madison in 1991. In 2017, she returned to MIT as the Novartis Professor of Chemistry and Member of the Broad Institute. Her interdisciplinary research interests have advanced our understanding of cell surface recognition processes, especially those involving protein-glycan interactions. Laura is a Fellow of the American Association for the Advancement of Science, and a Member of the American Academy of Microbiology, and National Academy of Sciences.  She is the current and founding Editor–In-Chief of ACS Chemical Biology. Her honors and awards include a MacArthur Foundation Fellowship, a Guggenheim Fellowship, the ACS Gibbs Medal, the Tetrahedron Prize, and the Centenary Prize from the Royal Society of Chemistry.

Mathieu Luisier is Associate Professor of Computational Nanoelectronics in the Department of Information Technology and Electrical Engineering of ETH Zurich, Switzerland. He earned his diplom in electrical engineering in 2003 and his Ph.D. in the same field in 2007, both from ETH Zurich. In 2008 he joined the Network for Computational Nanotechnology at Purdue University as a Research Assistant Professor before returning to ETH Zurich in 2011. His research focuses on the atomistic modeling and the study of the fundamental properties of nanoscale devices, e.g. ultra-scaled transistors, memories, or photovoltaic cells. Prof. Luisier was the recipient of an ERC Starting Grant in 2013 and of the ACM Gordon Bell Prize in 2019 for outstanding achievement in high-performance computing.

Professor Jens K. Nørskov holds the Villum Kann Rasumussen professorship at the Technical University of Demark and he is chairing the Danish National Research Foundation. His research aims at developing theoretical methods and concepts to understand and predict properties of materials focusing primarily on catalysis and sustainable energy solutions. He has received a number of awards and honors, and he is a member of the Royal Danish Academy of Science and Letters, the Danish Academy of Engineering (ATV), and a foreign member of the US National Academy of Engineering.

 Richard J. Samworth is Professor of Statistical Science and Director of the Statistical Laboratory at the University of Cambridge.  His research interests are in nonparametric and high-dimensional Statistics.  He received the COPSS Presidents’ Award in 2018, and currently serves as co-editor of the Annals of Statistics.

Ewine van Dishoeck is Professor of molecular astrophysics at Leiden University, the Netherlands, following positions at Harvard, Princeton and Caltech.  Her many awards include the 2018 Kavli Prize for Astrophysics and the 2018 Watson Medal of the US-NAS.  She is a Member or Foreign Associate of several academies, including that of the Netherlands, USA, Germany and Norway. From 2018-2021, van Dishoeck serves as the president of the International Astronomical Union (IAU).

Professor Dr. Martin Wolf received his PhD for studies on surface physics with Gerhard Ertl. After postdoc stays in Austin, Berlin and Yorktown Heights he was appointed in 2000 as full professor in experimental physics at the Freie Universität Berlin and since 2008 he has been director of the Physical Chemistry department at the Fritz Haber Institute of the Max Planck Soceity. His research focuses on the dynamics of elementary excitations at surfaces, interfaces and in solids, ultrafast photoinduced dynamics and transient electronic structure in correlated materials, interfacial electron transfer and vibrational spectroscopy at interfaces.

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