Matière noire et énergie sombre : quelle différence ?

La matière noire et l’énergie sombre sont deux inconnues différentes, souvent confondues parce que leurs noms se ressemblent. La matière noire attire : c’est une masse invisible qui tient les galaxies et les amas ensemble, environ 27 % du contenu de l’Univers selon les mesures du satellite Planck (résultats 2018). L’énergie sombre repousse : c’est ce qui accélère l’expansion de l’Univers depuis quelques milliards d’années, environ 68 % du total. La matière ordinaire — étoiles, planètes, gaz, vous et nous — ne pèse que 5 % environ. Autrement dit, l’une agit comme une colle gravitationnelle à l’échelle des galaxies, l’autre comme un moteur d’expansion à l’échelle de l’Univers entier. Ni l’une ni l’autre n’a été identifiée directement à ce jour : on mesure leurs effets, pas leur nature. Voici comment on les distingue, ce qui prouve leur existence, et ce que la mission européenne Euclid est en train de changer.

De quoi est fait l’Univers : le camembert de Planck

Le point de départ, ce sont les chiffres du satellite Planck (ESA), qui a cartographié le fond diffus cosmologique — la première lumière émise 380 000 ans après le Big Bang. Ses résultats finaux, publiés en 2018, fixent la recette de l’Univers : environ 5 % de matière ordinaire, 27 % de matière noire et 68 % d’énergie sombre. Ces proportions constituent le socle du modèle cosmologique standard, dit ΛCDM — Λ pour la constante cosmologique (l’énergie sombre), CDM pour la matière noire froide.

La matière noire : une masse qui manque à l’appel

L’histoire commence dans les années 1930, quand Fritz Zwicky remarque que les galaxies de l’amas de Coma se déplacent bien trop vite pour la masse visible qui les entoure. Mais la preuve qui a convaincu la communauté date des années 1970 : l’astronome américaine Vera Rubin mesure les courbes de rotation des galaxies spirales et constate que leurs régions externes tournent aussi vite que le centre. Avec la seule matière visible, ces étoiles périphériques devraient être éjectées. Quelque chose d’invisible et de massif les retient.

C’est là que l’analogie aide. La matière noire, c’est l’équivalent d’un meuble invisible dont on voit la trace sur la moquette : personne n’a jamais vu le meuble, mais l’empreinte est nette, mesurable, et toujours au même endroit. L’empreinte, ici, c’est la gravité.

Deuxième preuve : les lentilles gravitationnelles. Une grande masse courbe la lumière qui passe à proximité, comme l’a prédit la relativité générale. En mesurant la déformation des galaxies d’arrière-plan, on cartographie la masse totale d’un amas — et elle dépasse largement la masse visible. Le cas d’école reste l’amas du Boulet, observé notamment par le télescope à rayons X Chandra : lors de la collision de deux amas, le gaz chaud (la matière ordinaire) s’est retrouvé séparé du gros de la masse, révélée par lentille gravitationnelle. La masse et la matière visible ne sont pas au même endroit — difficile de l’expliquer sans matière noire.

Reste la question qui fâche : de quoi est-elle faite ? Les candidats les plus étudiés sont des particules encore hypothétiques, comme les WIMP (particules massives interagissant faiblement) ou les axions, beaucoup plus légers. Des détecteurs installés sous terre — pour se protéger du bruit des rayons cosmiques — les traquent depuis des décennies, comme XENONnT en Italie ou LUX-ZEPLIN aux États-Unis. À ce jour, aucune détection directe confirmée n’a été publiée.

L’énergie sombre : une expansion qui accélère au lieu de freiner

L’énergie sombre est une découverte plus récente et plus déroutante. En 1998, deux équipes indépendantes mesurent la distance de supernovae de type Ia — les supernovae de type Ia, jalons de distance qui ont révélé l’énergie sombre — dans des galaxies lointaines. Elles s’attendaient à voir l’expansion de l’Univers ralentir sous l’effet de la gravité. Elles observent l’inverse : l’expansion accélère. Ce résultat, confirmé depuis par d’autres méthodes, a valu le prix Nobel de physique 2011 à Saul Perlmutter, Brian Schmidt et Adam Riess.

Pour reprendre une image concrète : si l’Univers est un tapis roulant, la gravité devrait le freiner ; l’énergie sombre agit comme une pente qui l’accélère, et personne ne sait ce qui incline la pente. Dans les équations, elle est représentée par la constante cosmologique Λ, une densité d’énergie du vide qui ne se dilue pas quand l’espace grandit. C’est mathématiquement commode, mais physiquement muet : on ne sait pas si Λ est vraiment constante, ni pourquoi elle a cette valeur.

Notez la différence d’échelle avec la matière noire. La matière noire se manifeste localement, galaxie par galaxie, amas par amas. L’énergie sombre ne se voit qu’à l’échelle de l’Univers entier, sur des milliards d’années-lumière : son effet est indétectable dans le Système solaire ou même dans la Voie lactée.

Matière noire vs énergie sombre : le tableau comparatif

Le point commun, c’est le mot « sombre » — qui signifie simplement que ces composantes n’émettent ni n’absorbent de lumière. Pour tout le reste, ce sont deux problèmes distincts, et rien ne prouve aujourd’hui qu’ils soient liés.

Euclid, le télescope conçu pour cartographier les deux

C’est précisément parce que ces deux inconnues dominent le bilan de l’Univers que l’ESA a lancé le télescope spatial Euclid en juillet 2023. Sa mission : photographier des milliards de galaxies sur plus d’un tiers du ciel, mesurer leurs formes (déformées par les lentilles gravitationnelles, donc par la matière noire) et leurs distances (pour retracer l’histoire de l’expansion, donc l’énergie sombre).

Où en est la mission ? Vérification faite en juillet 2026 sur le flux presse de l’ESA et les publications du consortium Euclid : le premier lot rapide de données (Q1), publié en mars 2025, couvrait 63 degrés carrés de ciel, soit environ 0,5 % du relevé final prévu de 14 000 degrés carrés. En juin 2026, l’ESA a publié le deuxième lot rapide (Q2), consacré cette fois au bulbe de la Voie lactée : 4,8 degrés carrés observés en 24 heures, avec environ 45 millions de sources détectées par pose, selon le consortium Euclid. Le premier grand catalogue cosmologique (DR1), celui qui commencera vraiment à contraindre la nature de l’énergie sombre, est annoncé par l’ESA pour la fin 2026 — date à confirmer au moment de la publication.

Euclid ne travaille pas seul. L’observatoire Vera-C.-Rubin, au Chili, baptisé en hommage à la découvreuse des courbes de rotation, mène depuis le sol un relevé complémentaire du ciel austral. Et le télescope spatial James Webb — dont nous détaillons les résultats dans le dossier James Webb — affine en parallèle la mesure du taux d’expansion, au cœur d’un désaccord persistant entre méthodes que les cosmologistes appellent la « tension de Hubble ». Vous retrouverez nos autres explications de fond dans la rubrique Astronomie & découvertes.

Questions fréquentes

La matière noire existe-t-elle vraiment ?

Son existence n’est pas prouvée par une détection directe, mais elle reste l’explication la plus simple d’observations indépendantes : courbes de rotation des galaxies (Vera Rubin, années 1970), lentilles gravitationnelles, amas du Boulet, fond diffus cosmologique. Des théories alternatives modifiant la gravité, comme MOND, existent, mais elles peinent à expliquer l’ensemble de ces observations à toutes les échelles.

Qui a découvert l’énergie sombre ?

Deux équipes indépendantes, en 1998, en mesurant des supernovae de type Ia lointaines : le Supernova Cosmology Project mené par Saul Perlmutter et la High-Z Supernova Search Team autour de Brian Schmidt et Adam Riess. Tous trois ont reçu le prix Nobel de physique en 2011 pour cette découverte de l’expansion accélérée de l’Univers.

Que va apporter la mission Euclid ?

Euclid (ESA) cartographie les formes et les distances de milliards de galaxies sur 14 000 degrés carrés. Ces données mesureront à la fois la distribution de la matière noire (par lentilles gravitationnelles) et l’histoire de l’expansion (donc l’énergie sombre). Après les lots rapides Q1 (mars 2025) et Q2 (juin 2026), le premier catalogue cosmologique DR1 est annoncé pour la fin 2026 par l’ESA.

Ce qu’on ignore encore

Beaucoup, et c’est ce qui rend le sujet passionnant. Aucune particule de matière noire n’a été détectée, malgré des décennies de traque souterraine : si les WIMP continuent d’échapper aux détecteurs, il faudra peut-être revoir les candidats, voire la théorie. Côté énergie sombre, on ignore jusqu’à sa nature : constante du vide, champ qui évolue dans le temps, ou signe que la relativité générale se comporte autrement aux très grandes échelles. Les premières analyses cosmologiques d’Euclid, attendues avec le catalogue DR1, diront si la constante Λ tient toujours — ou si les 95 % sombres de l’Univers réservent une surprise de plus. Nous mettrons cet article à jour à la publication de ces résultats.