La vitesse de la lumière est-elle vraiment constante ? Une nouvelle étude rouvre le débat sans vraiment trancher.
C’est l’un des piliers les plus sacrés de la physique, son jalon le plus absolu : la vitesse de la lumière, c’est 299 792 458 mètres par seconde et c’est censé ne jamais bouger.
Jamais, partout et depuis toujours.
Une équipe de chercheurs vient pourtant de publier des résultats qui obligent à remettre cette certitude sur la table, non pas parce qu’ils ont prouvé que cette vitesse pouvait varier (ce serait le scoop du siècle) mais ils ont quand même mis le doigt sur un problème qui va pas mal « embêter » les scientifiques dans les années à venir.
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Pourquoi la vitesse de la lumière pourrait, en théorie avec cette nouvelle étude, varier
Dans le modèle standard de la physique, il existe d’autres constantes dans la nature, comme la constante gravitationnelle G (indispensable au fonctionnement de la loi universelle de la gravitation d’Isaac Newton) ou la constante de structure fine α (qui caractérise la force de l’interaction entre la lumière et les particules élémentaires chargées).
Et pour être parfaitement honnête, plusieurs cadres théoriques alternatifs (théorie des cordes, modèles à dimensions supplémentaires, certaines variantes de la gravité quantique) suggèrent déjà que ces constantes pourraient en réalité avoir évolué très lentement au fur et à mesure que l’univers s’étendait.
Mais en l’occurrence, la vitesse de la lumière n’est pas un nombre comme un autre : elle relie l’espace et le temps, fixe la structure causale de l’univers, et conditionne toute la relativité d’Einstein. Toucher à cette constante, ce serait ouvrir la porte au chaos et les physiciens détestent ça !
D’où l’intérêt de tester l’hypothèse partout où c’est possible. Les chercheurs ont déjà utilisé les supernovae, les oscillations acoustiques baryoniques, le fond diffus cosmologique.
Cette fois, ils se sont tournés vers un autre terrain de jeu : les amas de galaxies !
Les amas de galaxies, balances cosmiques
Un amas de galaxies, c’est la plus grosse structure liée par la gravité dans l’univers : des centaines, parfois des milliers de galaxies, baignant dans un océan de gaz chaud à plusieurs millions de degrés, le tout sous l’emprise d’un halo de matière noire. Ces objets sont massifs, lointains, et leurs propriétés physiques dépendent de la vitesse de la lumière.
Pour y parvenir, Les chercheurs mesurent la fraction de masse de gaz de chaque amas, c’est-à-dire la proportion de gaz chaud par rapport à la masse totale. Cette fraction devrait être à peu près la même partout dans l’univers, parce qu’elle reflète la composition baryonique cosmique. Si on observe une dérive systématique avec la distance (donc avec le temps), c’est qu’un paramètre fondamental varie. La masse de gaz mesurée par rayons X dépend en effet de c (la vitesse de la lumière) puissance 3/2, ce qui donne un levier mathématique pour traquer toute déviation.
L’équipe a croisé les données de 103 amas situés jusqu’à un décalage vers le rouge de 1,2 (soit environ 8 milliards d’années dans le passé) avec plus de 1 500 supernovae de type Ia du catalogue Pantheon+, qui servent de « chandelles standards » pour mesurer les distances cosmiques.
Le grain de sable : comment peser un amas ?
Tout l’édifice repose sur une question piégeuse : comment connaît-on la masse totale d’un amas ? La méthode classique consiste à supposer un équilibre hydrostatique, où la gravité qui attire le gaz vers le centre est compensée par la pression du gaz vers l’extérieur. Sauf que cet équilibre est imparfait. Turbulences, champs magnétiques, rayons cosmiques ajoutent une pression invisible, et la masse mesurée sous-estime la masse réelle.
Cet écart porte un nom : le biais de masse, noté K. Et c’est là que les ennuis commencent. Trois grandes méthodes existent pour le calibrer, et elles ne s’accordent pas.
| Méthode de calibration | Valeur de K | Source |
| CCCP (lentille gravitationnelle) | 0,84 ± 0,04 | Comparaison X / lentille faible |
| CLASH (lentille + Hubble) | 0,78 ± 0,09 | Survey Hubble |
| Planck (fond diffus cosmologique) | 0,65 ± 0,04 | Comptages CMB |
Trois mesures, trois valeurs qui s’écartent les unes des autres bien au-delà de leurs marges d’erreur respectives. C’est ce qu’on appelle la « tension du biais de masse », un cousin de la tension de Hubble qui empoisonne pour sa part la cosmologie depuis des années.
Ce que ça donne pour la vitesse de la lumière
En utilisant les calibrations CCCP et CLASH (basées sur la lentille gravitationnelle), les résultats sont stables et aucune variation de la vitesse de la lumière détectable jusqu’à 8 milliards d’années dans le passé.
Avec la calibration Planck, en revanche, ça grince. Le résultat indique une déviation à environ 1,5 à 2 sigma, ce qui en langage de physicien signifie « ce n’est pas significatif mais ça mérite qu’on regarde de plus près ». Si on prenait Planck au pied de la lettre, il faudrait soit admettre que la vitesse de la lumière a légèrement varié, soit accepter que quelque chose cloche dans nos mesures cosmologiques les plus précises.
L’auteur principal, Rodrigo Holanda, est honnête sur ce point : il ne dit pas que la vitesse de la lumière varie. Il dit que selon la méthode de calibration choisie, on obtient des conclusions opposées sur une question aussi fondamentale que la constance des lois de la nature.
Autrement dit, le débat n’est pas tranché parce qu’on ne sait pas encore peser correctement les amas de galaxies !
Deux télescopes pour départager
Le verdict viendra de la prochaine génération d’observatoires. eROSITA, le télescope à rayons X germano-russe (collaboration aujourd’hui suspendue) lancé en 2019, a déjà commencé à livrer un catalogue de plus de 12 000 amas
Euclid, le télescope européen lancé en 2023, cartographie déjà la matière noire par lentille gravitationnelle à grande échelle. La combinaison des deux devrait permettre de calibrer les masses d’amas avec une précision suffisante pour faire taire le débat actuel.
Si la tension persiste, alors il faudra envisager sérieusement que quelque chose, dans notre modèle cosmologique, ne tourne pas rond. Cela pourrait tout aussi bien être la vitesse de la lumière, que la matière noire, l’énergie noire, ou la gravité elle-même à très grande échelle. Aucune de ces hypothèses n’est vraiment confortable pour notre modèle actuel.
Si la tension disparaît, ce sera une victoire de plus pour Einstein, encore une fois. En attendant, on a peut-être ici une fissure intéressante que les astrophysiciens vont se faire un malin plaisir d’étudier.
Sources :
- R.F.L. Holanda, Marcelo Ferreira, Javier E. Gonzalez, S.H. Pereira,
Revisiting the constancy of the speed of light: Galaxy cluster mass bias implications,
Astroparticle Physics,
Volume 180,
2026,
103249,
ISSN 0927-6505,
https://doi.org/10.1016/j.astropartphys.2026.103249.
