Matière noire et énergie noire

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Fiche

Matière ordinaire	environ 5 % du total de l'Univers
Matière noire	environ 27 %
Énergie noire	environ 68 %
Premier indice de matière noire	1933, Fritz Zwicky et l'amas de Coma
Preuve par la rotation des galaxies	années 1970, Vera Rubin et Kent Ford
Découverte de l'accélération de l'expansion	1998, grâce aux supernovae de type Ia
Mission clé	Euclid de l'ESA, lancée en juillet 2023
État des connaissances en 2026	aucune des deux n'a été détectée directement ni expliquée

En bref

Tout ce que nous pouvons voir, des étoiles au gaz en passant par les êtres humains, ne représente qu'environ 5 % de l'Univers.
La matière noire est une matière invisible dont la gravité maintient la cohésion des galaxies et des amas ; elle représente environ 27 %.
L'énergie noire est un effet inconnu qui accélère l'expansion de l'Univers ; elle représente environ 68 %.
Les preuves viennent de la rotation des galaxies, de la déviation de la lumière par la gravité et de l'aspect des supernovae lointaines.
Des missions comme Euclid de l'ESA cartographient des milliards de galaxies pour tester la vraie nature de ces deux mystères.

L'Univers que nous ne voyons pas

Quand les astronomes additionnent toutes les étoiles, tout le gaz et toute la poussière qu'ils peuvent observer, le total est bien inférieur à ce que la gravité exige. Et la façon dont l'Univers entier grandit ne correspond pas à ce que produirait la seule matière ordinaire.

Deux noms recouvrent ces lacunes. La matière noire est une masse supplémentaire qui attire mais ne brille pas. L'énergie noire désigne ce qui pousse l'Univers à s'étendre de plus en plus vite.

« Noire » signifie simplement ici inconnue et invisible aux télescopes. Ni l'une ni l'autre ne correspond aux nuages de poussière sombres que l'on voit sur les photos de la Voie lactée.

Les preuves de la matière noire

En 1933, Fritz Zwicky mesura les galaxies de l'amas de Coma et constata qu'elles se déplaçaient si vite que la matière visible ne pouvait pas les retenir. Dans les années 1970, Vera Rubin et Kent Ford mesurèrent la vitesse orbitale des étoiles dans les galaxies spirales. Les étoiles éloignées du centre allaient aussi vite que les plus proches, ce qui ne s'expliquait que si chaque galaxie baignait dans un vaste halo de masse invisible.

La gravité dévie aussi la lumière, un effet appelé lentille gravitationnelle. Les amas de galaxies massifs déforment en arcs les images des galaxies situées derrière eux, et l'ampleur de cette déviation révèle bien plus de masse que la matière visible ne peut en fournir.

L'amas de la Balle, étudié en détail en 2006, est une paire d'amas de galaxies qui se sont traversés. Les images en rayons X montrent que le gaz chaud, qui contient l'essentiel de la matière ordinaire, a été freiné au milieu, tandis que l'effet de lentille montre que la plus grande partie de la masse a poursuivi sa route. Cette séparation s'explique difficilement sans matière noire.

Que pourrait être la matière noire ?

La matière noire ne semble ni émettre, ni absorber, ni réfléchir la lumière, et pourtant elle exerce une gravité. La plupart des scientifiques pensent qu'elle est faite de particules encore non identifiées.

Parmi les candidats en vogue figurent les WIMP, des particules lourdes qui n'interagissent presque avec rien, et les axions, des particules extrêmement légères. Des détecteurs installés sous terre, auprès d'accélérateurs de particules et dans l'espace les cherchent depuis des décennies, sans signal confirmé en 2026.

Un groupe plus restreint de chercheurs explore plutôt une gravité modifiée, l'idée que la gravité se comporte différemment à l'échelle des galaxies. Mais jusqu'ici, aucune théorie de ce type n'explique l'ensemble des observations aussi bien que la matière noire, en particulier des cas comme l'amas de la Balle.

L'énergie noire et l'Univers qui accélère

Depuis les années 1920, les astronomes savent que l'Univers est en expansion. La plupart s'attendaient à ce que la gravité freine cette expansion au fil du temps.

En 1998, deux équipes ont utilisé des supernovae de type Ia, des naines blanches qui explosent avec un éclat prévisible, pour mesurer la distance de galaxies lointaines. Les supernovae lointaines paraissaient plus faibles que prévu, signe que l'expansion s'accélère depuis plusieurs milliards d'années. La découverte a été récompensée par le prix Nobel de physique 2011.

L'explication la plus simple est une énergie constante inscrite dans l'espace lui-même, proche de la « constante cosmologique » qu'Einstein avait autrefois proposée. Des relevés récents, comme DESI, suggèrent que l'énergie noire pourrait varier dans le temps, mais en 2026 cette piste est encore en cours de vérification.

Le bilan : 5 %, 27 %, 68 %

En combinant les mesures du fond diffus cosmologique, la faible lueur résiduelle du Big Bang, avec les relevés de galaxies et de supernovae, on obtient un bilan remarquablement cohérent. La matière ordinaire représente environ 5 % du total, la matière noire environ 27 % et l'énergie noire environ 68 %.

Ces parts sont approximatives et décrivent l'Univers actuel. Dans l'Univers primitif, l'énergie noire jouait un rôle bien moindre, et la matière dominait.

Autrement dit, environ 95 % du cosmos est fait de choses que nous savons décrire par leurs effets, sans pouvoir encore les nommer.

Euclid et d'autres missions

Le télescope spatial Euclid de l'ESA a été lancé en juillet 2023, la NASA fournissant ses détecteurs infrarouges. Depuis une position située à environ 1,5 million de km de la Terre, il cartographie la forme et la distance de milliards de galaxies sur environ un tiers du ciel.

De minuscules déformations de la forme des galaxies trahissent la matière noire située entre elles et nous, et la répartition des galaxies au fil du temps garde la trace de la façon dont l'énergie noire a étiré l'espace. Ses premières images ont été publiées en 2023, et ses premières données de relevé en 2025.

D'autres projets complètent le tableau, dont l'observatoire Vera C. Rubin au Chili et le télescope spatial Nancy Grace Roman de la NASA, lancé en août 2026.

Questions ouvertes

Quelle particule, s'il y en a une, constitue la matière noire ? L'énergie noire est-elle vraiment constante, ou varie-t-elle ? Une théorie plus profonde de la gravité pourrait-elle relier les deux ?

Répondre à une seule de ces questions bouleverserait probablement la physique. Pour l'instant, matière noire et énergie noire sont avant tout des étiquettes précises pour des effets réels et mesurés, dont les causes restent inconnues.