Depuis 2013, un fantôme hante la cosmologie. Deux mesures de la vitesse d’expansion de l’Univers s’affrontent sans qu’aucune erreur de calcul ne puisse les réconcilier. D’un côté, le satellite Planck de l’ESA donne 67 km/s/Mpc. De l’autre, l’équipe d’Adam Riess, prix Nobel de physique 2011, obtient 73 km/s/Mpc en observant les étoiles et les supernovæ de notre voisinage cosmique. L’écart de 8 % semble anodin, mais il atteint un seuil statistique qui fait trembler le modèle standard du Big Bang. Le télescope spatial James Webb, en février 2024, a porté le coup décisif : les mesures locales sont justes. Alors, qui ment, l’Univers proche ou lointain ?
Le grand écart de l’Univers : 67 contre 73 km/s/Mpc
Ce chiffre, la constante de Hubble, mesure la vitesse à laquelle les galaxies s’éloignent les unes des autres en fonction de leur distance. Imaginez que vous gonfliez un ballon : les points dessinés à sa surface s’écartent d’autant plus vite qu’ils sont loin les uns des autres. La constante de Hubble est le taux de ce gonflement cosmique. Depuis la fin des années 1920 et les travaux d’Edwin Hubble, les astronomes savent que l’Univers est en expansion. Mais c’est la précision de la mesure qui fait aujourd’hui débat.
Planck en 2013 allume la mèche de la crise
En 2013, le satellite Planck de l’ESA publie ses premiers résultats. En analysant le rayonnement fossile du Big Bang, le fond diffus cosmologique (CMB), il déduit une constante de Hubble de 67 km/s/Mpc. La nouvelle fait l’effet d’une douche froide. Car depuis 2009, Adam Riess et son équipe accumulent des mesures locales qui donnent 73 km/s/Mpc. L’écart est trop grand pour être une coïncidence. La « crise » est née, et elle dure depuis treize ans, comme le rappelle Tristan Vey dans Le Figaro. Les cosmologistes se divisent en deux camps : ceux qui pensent que l’erreur est dans les mesures locales, et ceux qui croient que le modèle théorique a une faille.
James Webb en 2024 : le verdict qui scelle la crise
En février 2024, la NASA et l’ESA annoncent des résultats qui changent la donne. Le télescope spatial James Webb (JWST) a observé plus de 1 000 céphéides — des étoiles pulsantes utilisées comme jalons de distance — dans cinq galaxies hôtes de supernovæ de type Ia, jusqu’à NGC 5468, située à 130 millions d’années-lumière de nous. Les mesures du JWST confirment point par point celles du télescope Hubble. Adam Riess déclare alors : « With measurement errors negated, what remains is the real and exciting possibility we have misunderstood the universe. » La conclusion est claire : l’erreur de mesure est éliminée. L’écart est réel.
Un écart de 8 % à 5 sigma : pourquoi les physiciens ne dorment plus
En physique des particules, le seuil de la découverte est fixé à 5 sigma. Cela signifie qu’il y a moins d’une chance sur un million que le résultat soit dû au hasard. La tension de Hubble atteint ce niveau. L’écart de 8 % entre les deux mesures n’est plus une curiosité : c’est un désaccord formel entre deux visions de l’Univers. Sunny Vagnozzi, cosmologiste à l’Université de Trente, résume l’état d’esprit de la communauté : « I wouldn’t bet my house on it », confie-t-il à Science.org. Personne ne sait si la crise sera résolue un jour.
Plongée dans l’enquête : les deux méthodes qui s’affrontent
Pour comprendre l’enjeu, il faut saisir comment on obtient ces deux chiffres. L’une des méthodes est indirecte : elle part du bébé Univers, 380 000 ans après le Big Bang, et projette son évolution jusqu’à aujourd’hui. L’autre est directe : elle mesure les distances des étoiles et des galaxies dans l’Univers proche. Deux approches, deux résultats, et un fossé qui ne cesse de s’élargir.
La baby picture de l’Univers : les leçons du fond diffus cosmologique
Le satellite Planck a mesuré la température du fond diffus cosmologique, cette lueur fossile émise lorsque l’Univers avait 380 000 ans. À cette époque, l’Univers était un plasma brûlant et opaque. En se refroidissant, il est devenu transparent, libérant un rayonnement que nous captons aujourd’hui. Les infimes variations de température de ce rayonnement — des ondulations de l’ordre du cent-millième de degré — sont les empreintes des fluctuations de densité primordiales. En les analysant avec le modèle ΛCDM, les cosmologistes en déduisent la constante de Hubble actuelle : 67 km/s/Mpc. C’est une mesure « fossile », qui dépend entièrement de la théorie qui décrit l’évolution de l’Univers.
Céphéides et supernovae : l’échelle de distance d’Adam Riess
La méthode directe est plus terre à terre. Elle consiste à construire une « échelle de distance » cosmique. Premier barreau : les céphéides, des étoiles dont la luminosité varie périodiquement. En mesurant leur période, on connaît leur luminosité intrinsèque, donc leur distance. Deuxième barreau : les supernovæ de type Ia, des explosions stellaires si brillantes qu’on les voit à des milliards d’années-lumière. En calibrant leur luminosité maximale grâce aux céphéides, on mesure la distance des galaxies lointaines. L’équipe d’Adam Riess a répété cette opération pendant des années, avec Hubble puis avec le JWST. Résultat : 73 km/s/Mpc. Comme le résume l’ESA, « Webb confirmed that the Hubble telescope’s keen eye was right all along, erasing any lingering doubt about Hubble’s measurements ».
Le « coup de frein inattendu » de l’expansion : l’alerte du Monde
En mars 2025, Le Monde publie un article retentissant. L’expansion de l’Univers montrerait un « coup de frein inattendu ». Cela signifie que l’accélération de l’expansion, découverte en 1998 et attribuée à l’énergie noire, pourrait être en train de ralentir. Si cette observation se confirme, c’est une entaille directe dans le modèle standard. L’énergie noire ne serait pas une constante cosmologique immuable, mais quelque chose de plus complexe, qui évolue dans le temps. La tension de Hubble n’est donc pas un problème isolé : elle s’inscrit dans un tableau plus large de remise en cause.
Les failles du modèle standard : et si l’énergie noire n’était pas une constante ?
Le modèle ΛCDM est le socle de la cosmologie moderne. Il décrit un Univers composé de 5 % de matière ordinaire, 27 % de matière noire froide et 68 % d’énergie noire. Ce modèle explique une quantité impressionnante de données : l’abondance des éléments légers, le fond diffus cosmologique, la formation des galaxies. Mais il est « vague », note Science.org, sur la nature profonde de l’énergie noire. Et les dernières observations commencent à le faire craquer.
ΛCDM, le presque‑parfait : pourquoi ce modèle domine
Le modèle ΛCDM repose sur l’idée que l’énergie noire est une constante cosmologique, notée Λ (lambda). C’est une propriété du vide qui exerce une pression négative, accélérant l’expansion de l’Univers. La matière noire froide (CDM) est une forme de matière invisible qui n’interagit que par la gravité. Ensemble, ces deux ingrédients permettent de reproduire la structure à grande échelle de l’Univers avec une précision remarquable. Mais le modèle a un défaut : il ne dit rien sur la nature de l’énergie noire ni sur celle de la matière noire. C’est une description phénoménologique, pas une théorie fondamentale.
L’alerte DESI : 14 millions de galaxies mettent en doute la constance de l’énergie noire
Le Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), installé sur un télescope de l’observatoire de Kitt Peak en Arizona, a cartographié plus de 14 millions de galaxies et de quasars en trois ans. Les résultats, publiés en 2025, sont troublants. En testant un modèle où l’énergie noire peut varier dans le temps, les chercheurs obtiennent un meilleur ajustement des données qu’avec une constante cosmologique. La chercheuse française Pauline Zarrouk, du Laboratoire de physique nucléaire et des hautes énergies (LPNHE) à Paris, explique dans Pour la Science que les paramètres de l’énergie noire sont en « tension croissante » avec ceux déduits du CMB. La probabilité que l’énergie noire soit constante n’est plus que de 2,3 sigma, ce qui n’est pas encore une découverte, mais c’est un signal fort.
Les autres suspects : matière noire et gravité modifiée
Si l’énergie noire vacille, d’autres piliers du modèle standard sont aussi sur la sellette. La matière noire, par exemple, pourrait ne pas être « froide » mais interagir avec elle-même ou avec la matière ordinaire de manière plus complexe. Certains physiciens envisagent même de modifier la relativité générale à grande échelle, avec des théories dites f(R) ou des modèles de gravité modifiée. C’est un tabou scientifique, car la relativité générale a passé tous les tests locaux avec brio. Mais à l’échelle de l’Univers entier, peut-être faut-il admettre que notre théorie de la gravité n’est qu’une approximation.
Les pistes audacieuses pour sauver (et réinventer) le Big Bang
Face à la crise, les théoriciens ne manquent pas d’imagination. Trois grandes familles de modèles alternatifs émergent pour tenter de réconcilier les deux mesures. Certaines sont conservatrices, d’autres franchement radicales.
Énergie noire variable : la favorite des cosmologistes
L’hypothèse la plus populaire est celle d’une énergie noire dynamique. Au lieu d’être une constante, sa densité varierait au cours du temps cosmique. Les modèles dits Early Dark Energy proposent qu’une forme d’énergie noire ait été plus intense dans l’Univers primordial, ralentissant le refroidissement du CMB et modifiant la prédiction de la constante de Hubble. Les données DESI sont les premières à donner un poids statistique sérieux à cette idée. Si elle se confirme, l’énergie noire ne serait plus une simple propriété du vide, mais un champ dynamique, peut-être lié à une nouvelle particule.
Des champs magnétiques primordiaux pour tout concilier ? La piste française
Dans un article de vulgarisation publié sur le site de l’Université de Montpellier, Levon Pogosian, Karsten Jedamzik et Tom Abel proposent une solution élégante. Et si des champs magnétiques extrêmement faibles, vestiges des premiers instants après le Big Bang, perturbaient la propagation du rayonnement fossile ? Ces champs, trop ténus pour être détectés directement, modifieraient légèrement les fluctuations de température du CMB, faussant la valeur de la constante de Hubble déduite par Planck. L’avantage de cette piste : elle ne touche pas au modèle standard. L’inconvénient : elle est difficile à vérifier expérimentalement.
Oser réviser la relativité générale
Les modèles les plus radicaux proposent de modifier la théorie de la gravité elle-même. Dans les théories dites f(R), la gravité ne dépend plus simplement de la courbure de l’espace-temps, mais d’une fonction plus complexe. À grande échelle, ces modifications pourraient expliquer l’accélération de l’expansion sans avoir recours à l’énergie noire. Mais ces théories sont difficiles à tester et souvent en conflit avec les observations locales. La crise de Hubble est telle que les cosmologistes les plus prudents commencent à les prendre au sérieux.
Le grand oral de la cosmologie : ce que les prochaines données décideront
Le débat n’est pas clos, loin de là. Les prochaines années seront décisives, grâce à deux instruments majeurs : le satellite Euclid de l’ESA et le JWST. Mais la science a aussi ses contraintes matérielles, et la compétition pour les ressources de calcul s’intensifie.
Euclid, le juge de paix du débat
Lancé en juillet 2023, le satellite Euclid de l’ESA (budget d’environ 1,4 milliard d’euros) cartographie l’Univers en 3D sur une fraction du ciel. Ses données, attendues entre 2025 et 2028, permettront de mesurer la constante de Hubble avec une précision inégalée, en combinant plusieurs méthodes indépendantes. Euclid est l’arbitre impartial du conflit entre Planck et Riess. Si ses résultats penchent vers 67 km/s/Mpc, la crise sera résolue en faveur du modèle standard. S’ils confirment 73 km/s/Mpc, c’est toute la cosmologie théorique qui devra être repensée.
James Webb et la pénurie de GPU : les coulisses matérielles de la science
Les volumes de données produits par le JWST et Euclid sont colossaux. Chaque image du JWST pèse plusieurs gigaoctets, et les simulations cosmologiques nécessaires pour interpréter ces observations mobilisent des supercalculateurs pendant des semaines. Or, ces ressources de calcul sont devenues un enjeu stratégique. Comme le montre notre article sur la pénurie de GPU, l’astronomie entre en compétition directe avec l’intelligence artificielle générative pour l’accès aux processeurs graphiques. Les instituts de recherche doivent désormais négocier des créneaux de calcul, parfois des mois à l’avance. Cette dimension économique, souvent ignorée, façonne la vitesse même de la recherche.
Pourquoi les étudiants d’aujourd’hui sont les témoins privilégiés d’un basculement
La science n’est pas une vérité figée. Elle progresse par crises et par révolutions, comme le rappelait Thomas Kuhn. Les 16-25 ans d’aujourd’hui assistent à l’un des plus grands débats de l’histoire de la physique. Les prochaines années détermineront si les manuels sur l’énergie noire doivent être réécrits. C’est une chance rare de voir la science en train de se faire, avec ses doutes, ses controverses et ses moments d’excitation. Suivre les annonces d’Euclid, du JWST et de DESI, c’est assister en direct à la naissance d’une nouvelle cosmologie.
Conclusion : Le Big Bang n’est pas mort, mais il n’est plus tout à fait le même
Le modèle du Big Bang reste le meilleur outil pour décrire l’histoire de l’Univers. Il explique l’abondance des éléments légers, le fond diffus cosmologique et la formation des galaxies. Mais la tension de Hubble est une fissure qu’on ne peut plus ignorer. L’écart de 8 % entre les deux mesures de la constante de Hubble ouvre une fenêtre sur une nouvelle physique, au-delà du modèle standard. Que l’énergie noire soit variable, que des champs magnétiques primordiaux jouent un rôle, ou que la relativité générale doive être modifiée, une chose est sûre : l’aventure scientifique continue, et nous avons une place au premier rang. Pour approfondir ces questions, notre article sur le Big Bang remis en question et notre analyse de l’univers incompris vous offrent des pistes de réflexion supplémentaires.
