Pas moins de 95 % de l’Univers nous échappe. Matière noire, énergie noire : ces deux entités invisibles, dont on ne connaît ni la nature ni la composition, dominent pourtant la dynamique de notre cosmos. À l’occasion du lancement du télescope spatial Nancy Grace Roman, dont un des objectifs est de mieux comprendre la nature de la matière noire et l’énergie noire, nous avons interviewé Alain Blanchard, astrophysicien spécialiste de cosmologie, sur l’état de nos connaissances et surtout de nos incertitudes sur cette matière noire.
Le 30 août 2026, la Nasa lancera le télescope spatial Nancy Grace Roman, doté d’un champ de vision cent fois supérieur à celui de Hubble. Miroir allégé, architecture optique inédite, coronographe pour traquer les exoplanètes : cette mission accumule les prouesses technologiques, avec l’ambition de cartographier la matière noire, l’énergie noire, et de préparer la recherche de mondes habitables…. Lire la suite
WIMPs, axions, trous noirs primordiaux, gravité modifiée façon Mond…, les candidats pour expliquer la matière noire ne manquent pas, mais aucun n’a encore livré la moindre preuve directe. Du côté de l’énergie noire, le mystère est plus vertigineux encore : les prédictions théoriques sur cette force qui accélère l’expansion de l’Univers divergent des observations de… 120 ordres de grandeur.
Voici la plus grande photo haute résolution jamais prise du centre de notre galaxie, la Voie lactée, en lumière visible. © ESA, Euclid/Euclid Consortium, NASA, CFHT, traitement d’image par J.-C. Cuillandre et E. Bertin (CEA Paris-Saclay)
À cela s’ajoutent des tensions bien réelles dans le modèle cosmologique standard, comme la fameuse « tension de Hubble », qui pourrait signaler soit un simple ajustement à apporter, soit une remise en cause plus profonde de notre compréhension de l’Univers.
Entre rigueur scientifique et grands questionnements philosophiques, Alain Blanchard nous livre son regard sans concession sur ces énigmes, et sur ce que Roman pourrait, ou non, changer à notre vision du cosmos. De la nature profonde de la matière noire aux tensions qui secouent le modèle cosmologique standard, en passant par le destin de l’Univers et les implications philosophiques de ces découvertes, cette interview dresse un état des lieux passionnant, et parfois déroutant, de la cosmologie moderne.
Découvrez le télescope spatial Nancy Grace Roman de la Nasa. © Nasa Goddard
La parole à Alain Blanchard.
Futura : Si vous deviez parier sur un candidat pour la matière noire, choisiriez-vous les WIMPs, les trous noirs primordiaux, ou une particule que nous n’avons même pas encore imaginée ?
Alain Blanchard : C’est une question intéressante, qui relève du champ des a priori personnels… Les trois possibilités que vous évoquez sont effectivement les trois principales auxquelles on peut penser.
Au WIMPS. Il s’agit d’une particule nouvelle, mais attendue dans un cadre théorique préalablement conçu, en particulier les théories de super-symétrie, qui ont longtemps constitué ce cadre privilégié laissant penser que les WIMPs seraient à portée du Grand collisionneur de hadrons du Cern (LHC). L’absence de signature de la super-symétrie au LHC a douché cette perspective. Il reste quelques coins où chercher, mais l’espoir est mince : il s’agit plutôt de nettoyer les dernières zones pas encore explorées. Ceci dit, la super-symétrie pourrait être un peu plus compliquée que les modèles les plus simples envisagés, et se manifester à plus haute énergie. Mais, elle perd alors son caractère « naturel » pour rendre compte de la masse du Higgs et personne n’a d’argument pour anticiper à quelle énergie elle pourrait apparaître, ce qui signifie qu’elle pourrait très largement échapper à la prochaine génération d’accélérateurs, et même aux suivantes. Il y avait une autre bonne raison de chercher une particule de matière noire aux énergies du LHC : c’est ce qu’on appelle le « WIMP miracle ». Si les particules de matière noire inconnue interagissent avec la matière connue avec une section efficace analogue à celle de l’interaction faible, leur abondance serait alors à peu près celle qu’il faut pour correspondre à la matière noire « vue » par les astronomes. Enfin, il faut avoir en tête que la matière noire, étant présente partout, peut aussi être détectée directement au moyen de détecteurs, sans la produire dans un accélérateur, à condition qu’elle interagisse un minimum avec la matière ordinaire. C’était la motivation d’une expérience comme Edelweiss, et cela reste la motivation d’expériences comme Xenon-nT.Aux axions. Une autre possibilité serait que la matière noire soit sous forme d’axions, des particules extrêmement légères, mais dont la masse et l’abondance ne sont pas connues a priori.Une zoologie de particules inconnues. Comme on ne connaît pas la physique entre les 10 TeV du LHC et l’échelle de Planck, une gamme bien plus large que celle séparant la température ambiante du LHC, il est tout à fait imaginable qu’il existe une véritable zoologie de nouvelles particules, qui pourraient n’avoir aucune interaction avec les particules connues, et expliquer ainsi la matière noire.
En conclusion, et mon pari si je devais choisir une possibilité, ce serait celle-là… qui a l’avantage d’être difficile à falsifier !
Futura : Existe-t-il un scénario où la matière noire ne serait pas une particule du tout, mais plutôt le signe d’une loi de la gravité que nous comprenons mal (comme le suggèrent certaines théories alternatives type Mond) ?
Alain Blanchard : Oui, tout à fait. Mond est une théorie alternative qui a ses partisans, même si ça fait un peu schisme… Il existe de plus des formulations modernes qui sont relativistes, c’est-à-dire d’avoir un cadre théorique qui permette de faire les prédictions des observables comme le CMB et le spectre de puissance de la matière à grande échelle. Un tel cadre a été élaboré par Skordis & Złośnik, 2022 par exemple. Mais, avec un stagiaire, nous avons montré récemment que Mond ne reproduit pas correctement la courbe de rotation de notre Galaxie telle que mesurée par Gaia. Nos collègues « Mondiens » ont vivement réagi, mais les arguments ne m’ont pas convaincu (et ils n’ont pas été formulés dans des articles acceptés, contrairement à notre travail).
Mon point de vue sur ces théories est qu’elle introduisent d’autres objets exotiques, des « champs », qui sont ajustés pour produire ce que le modèle standard a prédit. Donc, on fabrique des « machins », qui ont la couleur de la matière noire, l’odeur de la matière noire, le goût de la matière noire et qui ne sont pas de la matière noire…
Futura : Si la matière noire est faite de trous noirs primordiaux, cela signifierait-il que l’Univers primitif était beaucoup plus chaotique et violent que ce que l’on imagine habituellement ?
Alain Blanchard : Il faut surtout des conditions initiales très spécifiques dans les propriétés des fluctuations primordiales. C’est possible, mais plus ou moins bricolé à la main pour produire ce qu’on veut…
Futura : Pourrait-il exister plusieurs types de matière noire simultanément, une sorte de « zoo » de particules invisibles plutôt qu’un seul type ?
Alain Blanchard : Oui tout a fait. Tant qu’on ne les voit pas, c’est difficile de les étudier. Et d’une certaine façon, les neutrinos ont une masse, donc ils contribuent à la matière noire a priori, de façon insuffisante mais non nulle…
Le saviez-vous ?
Euclid (ESA) et Roman, tous les deux situés au point de Lagrange L2, sont conçus pour étudier l’énergie noire et la matière noire, mais selon des approches complémentaires. Euclid observera environ 15 000 degrés carrés, soit environ un tiers du ciel, dans les longueurs d’onde infrarouges et optiques, mais avec moins de détails que Roman. Elle remontera jusqu’à 10 milliards d’années en arrière, lorsque l’Univers avait environ 3 milliards d’années. Le relevé principal de Roman, plus vaste, sondera l’Univers avec une profondeur et une précision bien supérieures, mais sur une surface plus réduite : 5 100 degrés carrés, soit environ 12 % du ciel. Sa vision infrarouge très précise dévoilera le cosmos tel qu’il était il y a 2 milliards d’années, révélant un plus grand nombre de galaxies plus faibles. Comme leurs zones d’observation se chevaucheront, les scientifiques pourront utiliser les données de meilleure qualité de Roman pour corriger celles d’Euclid et les étendre à la zone beaucoup plus vaste d’Euclid.
Futura : La « tension de Hubble » pourrait-elle être le signe que notre modèle cosmologique standard est fondamentalement incomplet, voire faux ?
Alain Blanchard : Certainement ! le modèle LCDM prédit H0 autour de 67, on doit pouvoir s’accommoder de 65 à 69, mais 73 est vraiment en conflit fort.
La question serait alors « est-ce un ajustement secondaire qui est nécessaire ? » Par exemple, Vivian Poulin à Montpellier a proposé l’idée qu’il y ait une nouvelle composante d’énergie noire qui agit quand l’Univers est âgé de quelque 100 000 ans, puis disparaît (early dark energy). C’est une des solutions qui fonctionne très bien. Mais une solution tout aussi efficace consiste à supposer qu’il y a un biais dans la calibration des Céphéides.
Futura : Si Roman découvre que la matière noire se comporte différemment de ce que prédit le modèle standard, cela remettrait-il en cause tout notre édifice théorique sur la formation des galaxies ?
Alain Blanchard : Tout dépend du niveau de différence. Comme Euclid, Roman est conçu plutôt pour affiner la précision de nos mesures sur l’énergie noire, et donc sur la matière noire. Là aussi, on peut trouver un écart au modèle le plus simple, sans que cela conduise à un écroulement de l’édifice, plutôt à un ajustement fin, mais on peut aussi imaginer qu’il faille revoir le modèle beaucoup plus profondément.
Par exemple, la matière noire pourrait se comporter de façon légèrement différente de la matière ordinaire en ayant une pression non nulle. Cela tuerait toutes les possibilités évoquées précédemment. Il se pourrait aussi que matière noire et énergie noire « se parlent »…
Le satellite Gaia a-t-il enfin démontré l’existence de la matière noire ?
Deux chercheurs français, Alain Blanchard et Even Coquery, ont peut-être découvert le moyen de départager la théorie de la matière noire et la théorie Mond pour expliquer le royaume des galaxies révélé par Hubble. Ils ont pour le moins découvert dans les données astrométriques de Gaia – concernant la détermination précise des vitesses de très nombreuses étoiles dans la Galaxie – de quoi sérieusement ébranler Mond, mais aussi confirmer l’existence de la matière noire, comme ils l’ont expliqué à Futura dans leurs interviews…. Lire la suite
Futura : Si l’énergie noire « évolue » réellement dans le temps, comme le suggèrent certaines observations récentes, quels scénarios extrêmes pourrait-on envisager pour le futur de l’Univers : un « Big Rip » qui déchirerait littéralement l’espace-temps ?
Alain Blanchard : Tout est possible car si elle évolue, nous ne savons pas pourquoi et donc elle peut évoluer à l’avenir d’une façon qui nous est inconnue, se convertir en matière noire classique (c’est plutôt vers là qu’elle va si l’on extrapole naïvement) ou au contraire aller vers un « Big Rip », il n’y a pas d’option qu’on puisse rejeter. Cela restera d’ailleurs toujours le cas : on peut cerner le comportement de l’énergie noire dans un passé récent grâce aux observations astronomiques, mais même avec tous les instruments imaginables, ses propriétés auront une marge d’incertitude. Cette marge permettra en principe qu’il y ait un Big Rip plus tard ou au contraire qu’elle se comporte comme de la matière ou d’ailleurs du rayonnement ou de choses qu’on n’a jamais vues….
Futura : Pourrait-on imaginer que l’énergie noire ne soit pas une force uniforme, mais varie selon les régions de l’Univers, créant des « bulles » cosmiques aux propriétés différentes ?
Alain Blanchard : Il peut y avoir des différences d’un endroit à l’autre, mais elle doivent être minimes pour ne pas se voir dans les données actuelles, ce qui est déjà assez contraignant.
Futura : Si l’énergie noire est liée au vide quantique, comment expliquer l’écart vertigineux (de plusieurs ordres de grandeur) entre les prédictions théoriques et les observations ? Est-ce le plus grand échec, ou la plus grande énigme, de la physique moderne ?
Alain Blanchard : Si je savais… Mon point de vue est que le désaccord de 120 ordres de grandeur est réel, mais très naïf. On s’accommode sans aucun scrupule du fait que l’électron est 3 500 fois plus faible que le Higgs, dans le modèle standard, sans que cela ne gêne personne. Pour le neutrino, on est pas loin de dix milliards de fois…
10 zéros, on se dit qu’il faut peut-être autre chose… 120 zéros évidemment ça fait beaucoup, mais comme on a aucune idée du cadre, je reste perplexe de savoir si l’on doit réellement s’inquiéter (mais S. Weinberg disait que oui… j’ai tendance à le croire !).
La présence de la matière noire dans les amas galactiques peut être déduite de l’effet de lentille gravitationnelle forte qu’elle génère, comme sur cette image prise par Hubble de l’amas Abell 1689 montrant des arcs lumineux. Il se pourrait que la lumière soit déviée, ironiquement, parce que l’amas contient des photons noirs. © Nasa
Futura : Si nous découvrons enfin la nature de la matière noire, serait-ce comparable à la découverte des atomes ou de l’ADN, une révolution qui transformerait notre vision de la réalité physique ?
Alain Blanchard : Il me semble que les implications « philosophiques et existentielles » sont déjà très fortes du fait de l’existence même de la matière noire (et de l’énergie noire) : ce qui compose l’essentiel de notre cosmos est d’une nature différente que ce qui nous constitue (des atomes), sa nature précise est relativement secondaire ?
Futura : Le fait que la matière noire et l’énergie noire semblent « s’opposer » (l’une freinant l’expansion, l’autre l’accélérant), est-il une coïncidence cosmique troublante, ou existe-t-il un lien profond entre les deux que nous n’avons pas encore saisi ?
Alain Blanchard : C’est une question ouverte, il y a là une coïncidence. Le rapport entre ces deux composantes évolue au cours du temps. Totalement négligeable dans l’Univers primordial, l’énergie noire (si elle se comporte à peu près comme une constante cosmologique) dominera de façon écrasante dans le futur. Pourquoi diable sommes-nous juste à la période de transition ? Notez que Weinberg avait « prévu » cette situation…
Futura : Quelle serait la découverte la plus révolutionnaire que Roman pourrait faire concernant la matière noire ou l’énergie noire, celle qui bouleverserait complètement vos théories actuelles ?
Alain Blanchard : Certainement, ce que j’attends le plus (et plutôt du télescope spatial Euclid de l’ESA) est la confirmation ou l’infirmation de la variation de l’énergie noire avec le temps, les données de DESI étant un indice, mais pas encore assez fort pour être définitif.
Futura : Si Roman détecte des anomalies inattendues dans la distribution de la matière noire à grande échelle, cela pourrait-il suggérer l’existence d’une « nouvelle physique » au-delà du modèle standard actuel ?
Alain Blanchard : Les modèles « early dark energy » pourraient être validés. Ou avoir un indice (fort) d’un scénario plus compliqué.
Futura : Y a-t-il un résultat que Roman pourrait obtenir qui vous ferait dire : « nous avons eu tout faux depuis le début » ?
Alain Blanchard : Naïvement, c’est difficile : Roman (et Euclid) sont conçus pour préciser plus finement des choses qui sont déjà assez bien établies. Mais il pourrait y avoir une révolution du côté des théories : si l’on se remémore le défaut du périhélie de Mercure, il s’agissait d’une petite déviation à la loi de Newton, mais en soit insuffisante pour remettre en question la théorie de Newton ! Le fait que ce défaut s’explique spontanément sans ajustement dans la théorie de la relativité générale était capital.
De plus, la relativité générale faisait d’autres prédictions qui ont été validées depuis plus d’un siècle. Je crois que le modèle standard LCDM pourrait connaître le même sort : qu’il soit une très bonne approximation de quelque chose d’autre d’entièrement nouveau, mais sans passer par une ribambelle d’ajustements qui nous rapprocherait de la théorie des épicycles, mauvaise théorie non parce qu’elle n’était pas en accord avec les observations, mais parce que chaque observation fine nouvelle nécessitait un ajustement supplémentaire de ces paramètres (en nombre indéterminé…).