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Sciences·35 min de lecture

Et si les trous noirs étaient des passages ? La théorie du Trou Vert

De l’effondrement gravitationnel à l’expansion cosmique : exploration d’un possible lien entre trous noirs, trous blancs et trous de ver.

Par Joao De Almeida
Illustration d’artiste : sur fond noir étoilé, un vortex de gaz bleuté et rosé s’enroule en spirale et plonge dans un entonnoir lumineux, image souvent associée aux trous de ver

Illustration d’artiste, pas une observation : « Wormhole, Black Hole, Galaxy », AlexAntropov86 / Pixabay (licence Pixabay).

À lire avant tout. Le « Trou Vert » est une hypothèse exploratoire, pas une découverte. Ce texte présente une idée, la confronte à ce que la physique sait réellement, calcule ce qui peut l’être et liste ce qui la contredit. Le travail complet, avec équations, simulations, 209 références vérifiées et annexes, est disponible en PDF. Il n’a pas été évalué par des pairs.

Lire le papier de recherche complet (PDF, 91 pages)

L’intuition de départ : tout a-t-il un inverse ?

Beaucoup de phénomènes physiques vont par paires. Une compression appelle une détente, une absorption a son émission, un effondrement peut finir en rebond. Les équations d’Einstein, qui décrivent la gravitation, ont même une propriété troublante : elles restent valables si l’on fait défiler le temps à l’envers.

Un trou noir est une région qui avale tout ce qui y entre et ne rend rien. La question qui a lancé ce travail est simple : existe-t-il, quelque part, l’inverse d’un trou noir, une région qui rejette au lieu d’absorber ? Et les deux pourraient-elles former un seul système, avec une entrée et une sortie ?

Nous avons baptisé cette sortie hypothétique le Trou Vert. Le nom est une invention de ce projet, pas un terme de la littérature scientifique. Il fait évidemment penser au trou blanc, qui existe en mathématiques. On verra pourtant que la bonne question ne porte pas sur un objet isolé. Elle porte sur le système complet : ce qui entre, ce qui se passe au milieu, ce qui ressort.

Vue d’artiste en deux parties : à gauche un trou noir entouré de son disque d’accrétion, à droite une source vert émeraude qui expulse de la matière, reliées par un passage lumineux
Vue d’artiste Vue d’artiste réalisée pour ce projet. À gauche, un trou noir et son disque, rendus par un lancer de rayons simplifié (orbites de la lumière exactes, couleurs adoucies). À droite, un « Trou Vert » imaginaire. Ce n’est ni une observation ni une simulation de Trou Vert.

Une mise en garde avant d’aller plus loin : tous les couples d’opposés ne sont pas des symétries physiques exactes. Une tasse qui se brise ne se recolle pas, même si les équations du mouvement ne l’interdisent pas. L’intuition des inverses est un point de départ, pas une loi de la nature. Tout l’enjeu est de savoir si elle survit au contact des théorèmes.

Ce qu’est réellement un trou noir

Un trou noir n’est pas un objet solide. C’est une région de l’espace-temps délimitée par une frontière, l’horizon des événements, au-delà de laquelle aucun signal ne peut revenir vers l’extérieur. Pour une masse MM, le rayon de cette frontière est le rayon de Schwarzschild :

rs=2GMc2≈2,95 km×MM⊙r_s = \frac{2GM}{c^2} \approx 2{,}95\ \text{km} \times \frac{M}{M_\odot}

Une étoile de la masse du Soleil devrait être comprimée dans une boule de 3 km de rayon pour devenir un trou noir. Sagittarius A*, le trou noir central de notre galaxie, pèse environ 4 millions de soleils ; son horizon a un rayon de l’ordre de 12 millions de kilomètres.

Les trous noirs ne sont plus une hypothèse. Les détecteurs LIGO, Virgo et KAGRA ont enregistré des centaines de fusions de trous noirs : le catalogue GWTC-4.0 compte 218 candidats. L’Event Horizon Telescope (EHT) a photographié l’environnement immédiat de deux trous noirs supermassifs.

Image de l’Event Horizon Telescope de M87* : un anneau orange lumineux autour d’une zone centrale sombreImage de l’Event Horizon Telescope de Sagittarius A* : un anneau lumineux à trois lobes autour d’une zone sombre
Observation réelle Images réelles de l’Event Horizon Telescope à 1,3 mm : M87* (à gauche, anneau de 42 ± 3 microsecondes d’arc, publiée en 2019) et Sagittarius A* (à droite, 51,8 ± 2,3 microsecondes d’arc, publiée en 2022). Le disque sombre est l’« ombre », délimitée par les orbites instables de la lumière, à l’extérieur de l’horizon. Crédit : EHT Collaboration (via ESO), licence CC BY 4.0, images recadrées et redimensionnées.

Ce que ces images montrent, c’est la lumière qui frôle le trou noir. Elles ne montrent pas l’intérieur, qui reste par définition invisible. C’est là que se loge toute la question du Trou Vert : que devient la matière après l’horizon ?

Pourquoi rien ne sort d’un horizon

À l’intérieur d’un trou noir classique, quelque chose d’étrange se produit : la direction « vers le centre » devient une direction du temps. Revenir vers l’extérieur serait aussi impossible que revenir hier. Les physiciens le disent avec la notion de surface piégée. Imaginons un flash lumineux émis en même temps dans toutes les directions depuis une sphère. Normalement, le front de lumière qui part vers l’extérieur grandit et celui qui part vers l’intérieur rétrécit. Dans un trou noir, les deux rétrécissent.

Une fois ce piège refermé, le théorème de Penrose (1965), cité par le prix Nobel de physique 2020, conclut que certaines trajectoires doivent s’arrêter au bout d’un temps fini : c’est ce qu’on appelle une singularité. Cela suppose deux conditions : que la relativité générale classique s’applique et que l’énergie reste « normale ». Pour un trou noir de la masse du Soleil, la chute de l’horizon jusqu’au centre ne dure que quelques microsecondes pour celui qui tombe.

Et les jets des trous noirs ?

Certains trous noirs, comme M87*, crachent des jets de matière sur des milliers d’années-lumière. On pourrait y voir une « sortie ». Ce n’en est pas une. Ces jets sont lancés à l’extérieur de l’horizon, par des champs magnétiques qui puisent l’énergie de rotation du trou noir ou du disque de gaz qui l’entoure (mécanismes de Blandford–Znajek et de Blandford–Payne). Rien ne ressort de l’intérieur.

Les trous blancs existent… sur le papier

Si l’on fait tourner le film d’un trou noir à l’envers, on obtient un trou blanc : une région dont tout sort et où rien ne peut entrer. Les équations le permettent. Mieux, la solution mathématique complète d’un trou noir éternel (l’extension de Kruskal, 1960) contient déjà un trou blanc. Le diagramme ci-dessous, calculé exactement, en montre la structure.

Diagramme de Penrose de Schwarzschild : losanges pour les deux univers extérieurs, triangle sombre en haut pour le trou noir, triangle vert en bas pour le trou blanc, et une trajectoire orange qui entre dans le trou noir
Calcul Diagramme de Penrose d’un trou noir éternel, calculé à partir des coordonnées de Kruskal. Sur ce type de carte, la lumière voyage toujours à 45°. Le triangle sombre est le trou noir (région piégée), le triangle vert le trou blanc (région anti-piégée, dans le passé). La trajectoire orange tombe dans le trou noir et termine sur la singularité.

Pourquoi n’en observe-t-on aucun ? Pour trois raisons.

  • Un trou blanc ne se forme pas naturellement. Il faut le « poser » dès l’origine, avec une singularité dans son passé et un contenu parfaitement synchronisé. C’est le film d’un effondrement projeté à l’envers.
  • Il est instable. Douglas Eardley a montré en 1974 qu’un trou blanc qui tarde à exploser se fait capturer par la matière qui tombe vers lui et se transforme en trou noir.
  • La mécanique quantique aggrave son cas. Elle impose qu’il explose presque instantanément, ou jamais.

Retenons une idée qui reviendra : si un Trou Vert existe, il ne peut pas être un trou blanc qui attend. Il doit être produit par ce qui l’a précédé, et durer peu.

Trois schémas : un disque sombre avec des flèches entrantes (trou noir), un disque vert pâle avec des flèches sortantes (trou blanc), et une séquence verticale où un disque sombre devient un disque vert après une transition (Trou Vert)
Schéma Trou noir (tout converge), trou blanc (tout diverge, mais dans le passé) et Trou Vert : une région qui rejette après avoir avalé, au-delà d’une transition.

Le pont d’Einstein–Rosen : un tunnel qui se referme

La solution complète du trou noir éternel contient aussi un « pont » : une gorge qui relie notre univers à un second univers extérieur. C’est le fameux pont d’Einstein–Rosen (1935). Einstein et Rosen y voyaient d’ailleurs un modèle de particule, pas un moyen de transport. Dessiné à un instant donné, il ressemble à un entonnoir double.

À gauche, une surface en forme de sablier reliant deux régions ; à droite, une courbe en cloche montrant le rayon de la gorge qui s’ouvre puis se referme
Calcul À gauche, la géométrie de l’espace au moment où la gorge est la plus ouverte (rayon 2GM/c22GM/c^2). À droite, le rayon de la gorge au cours du temps : il s’ouvre puis se pince. Aucun signal n’a le temps de passer.

Le pont n’est pas figé : il s’ouvre et se referme. Robert Fuller et John Wheeler l’ont montré en 1962 : la gorge se pince avant qu’un rayon de lumière puisse la traverser. Tout voyageur parti d’un côté finit dans le trou noir. Ce résultat se généralise : la censure topologique (1993) établit que, dans des conditions raisonnables, aucun observateur ne peut emprunter un raccourci de l’espace-temps.

Trous de ver traversables : le prix de l’énergie négative

En 1988, Michael Morris et Kip Thorne ont pris le problème à l’envers : partir de la géométrie d’un tunnel praticable et demander aux équations quelle matière il faudrait pour la soutenir. Leur réponse a fixé tout le débat : il faut de l’énergie négative, plus précisément violer la « condition d’énergie nulle ». Une gorge qui reste ouverte doit faire diverger la lumière qui la traverse au lieu de la concentrer, et seule une énergie de signe inhabituel produit cet effet.

L’énergie négative existe à petite dose en physique quantique : c’est l’effet Casimir, mesuré entre deux plaques métalliques très proches. Nous avons calculé ce que réclamerait une gorge, et les ordres de grandeur sont vertigineux.

Graphique log-log : la tension requise à la gorge décroît comme l’inverse du carré de la taille, de 10^112 pascals à l’échelle de Planck à 10^20 pascals pour une unité astronomique, bien au-dessus de la ligne de l’effet Casimir
Calcul Tension « négative » qu’il faudrait au col d’une gorge, en fonction de sa taille. Pour une gorge de 3 km (la taille d’un trou noir d’une masse solaire), il faut environ 5×10355\times10^{35} pascals. C’est 103910^{39} fois la densité d’énergie de Casimir entre deux plaques espacées d’un micromètre.

On sait aujourd’hui rendre un trou de ver traversable en théorie. Ping Gao, Daniel Jafferis et Aron Wall ont montré en 2017 qu’un couplage entre les deux bouts d’un trou noir dans un univers « anti-de Sitter » injecte juste assez d’énergie négative pour laisser passer un signal. Le passage reste minuscule, dans un cadre théorique très particulier. Quant à la célèbre expérience de 2022 sur un processeur quantique, présentée comme un « trou de ver dans une puce », son interprétation gravitationnelle est contestée. Ce n’est pas un trou de ver.

L’idée du Trou Vert, définie précisément

À ce stade, l’intuition de départ doit être reformulée. Le vocabulaire des surfaces piégées le permet sans ambiguïté :

Définition

Un Trou Vert est une région anti-piégée, où tout front de lumière s’élargit et où la matière est poussée vers des sphères toujours plus grandes. Elle se situe dans le futur d’une région piégée, un trou noir, et l’on y passe sans singularité, le long de trajectoires qui ne s’interrompent pas. Ce qui est entré dans le trou noir peut alors en ressortir.

Cette définition clarifie l’idée de « propulsion inverse ». Il n’y a ni gravité négative, ni vitesse négative, ni mouvement plus rapide que la lumière. Dans une région anti-piégée, c’est la structure même de l’espace-temps qui fait que toutes les directions du futur mènent vers l’extérieur. C’est l’image en miroir temporel de ce qui, dans un trou noir, condamne tout à tomber.

Quatre remarques :

  • Le nom est nouveau, la notion ne l’est pas : les physiciens étudient depuis les années 1990 le passage d’une région piégée à une région anti-piégée, sous le nom de « transition trou noir → trou blanc » (Hayward ; Barceló, Carballo-Rubio et Garay). Ce projet lui donne seulement un nom et un cadre de présentation.
  • Le trou blanc de Kruskal n’est pas un Trou Vert : il est dans le passé du trou noir, pas dans son futur.
  • Selon l’endroit où débouche la sortie, nous distinguons trois types : A (une autre région de l’espace-temps), B (le même univers) et C (une nouvelle région en expansion).
  • Dans toutes nos figures, le sombre signifie « piégé » et le vert « anti-piégé ». C’est l’origine du nom.

Trois scénarios pour un passage

Scénario A : deux régions reliées par un passage

La matière tombe dans un trou noir de la région A, franchit une zone de transition et ressort, par un Trou Vert, dans une région B.

Deux feuilles représentant deux régions de l’espace, reliées par un entonnoir : un trou noir sombre en haut, un passage gris au milieu, un Trou Vert en bas, avec une trajectoire orange
Schéma Scénario A : un trou noir dans la région A, un passage non classique, un Trou Vert dans la région B.

Il existe une géométrie exacte qui fait précisément cela : le rebond noir de Simpson et Visser (2019). Le centre du trou noir y est remplacé par une gorge de rayon ℓ\ell. En franchissant la gorge, la matière passe d’une moitié piégée à une moitié anti-piégée, puis émerge dans un autre univers. Nous en avons calculé la carte complète :

Diagramme de Penrose d’un rebond noir : une colonne de losanges dont la moitié basse est sombre et la moitié haute verte, flanqués d’univers extérieurs ; une trajectoire orange part de l’univers A en bas à droite et finit dans l’univers B en haut à gauche
Calcul Diagramme de Penrose d’un rebond noir, calculé. Dans chaque losange central, la moitié sombre est le trou noir et la moitié verte un Trou Vert. La trajectoire orange part de l’univers A, traverse la gorge et ressort dans l’univers B, en un temps propre fini : environ trois fois le temps GM/c3GM/c^3.

Le prix est connu : la gorge exige de violer la condition d’énergie nulle (voir plus bas), et la sortie se fait dans un autre univers, inobservable depuis le nôtre. Relier deux points de notre univers demanderait en plus de contourner la censure topologique.

Scénario B : le trou noir devient lui-même un Trou Vert

Ici, pas de second univers : le même objet change de nature avec le temps.

Sept cases colorées en séquence : effondrement, région piégée, courbure extrême, effets quantiques, rebond, région anti-piégée, flux sortant, avec sous chaque case son statut scientifique
Schéma Les sept phases du scénario B et leur statut : établi, modèles publiés, ou spéculatif.

C’est la piste la plus étudiée par les physiciens. Hal Haggard et Carlo Rovelli ont construit en 2014–2015 une géométrie qui obéit aux équations d’Einstein partout, sauf dans une petite région où la gravité quantique prendrait le relais. Une étoile s’y effondre, rebondit et ressort dans le même univers. Muxin Han, Carlo Rovelli et Farshid Soltani en ont donné en 2023 une version complète et sans singularité. Les modèles issus de la gravité quantique à boucles décrivent une étoile qui s’effondre jusqu’à une densité limite, celle de Planck, puis repart.

Ce scénario a un trait fascinant : pour la matière, tout est presque instantané ; pour un observateur lointain, tout est extraordinairement lent.

Graphique log-log en fonction de la masse : le temps propre de traversée (bas), un délai proportionnel à la masse, un délai proportionnel au carré de la masse, et la durée d’évaporation de Hawking (haut), comparés à l’âge de l’Univers
Calcul Le dictionnaire des temps. Pour la matière qui tombe, entrer, rebondir et ressortir prend environ 13 microsecondes (masse solaire), 57 secondes (Sagittarius A*) ou une journée (M87*). Vu de loin, le délai dépend du mécanisme supposé et peut dépasser de dizaines d’ordres de grandeur l’âge de l’Univers.

Cette différence vient de la dilatation gravitationnelle du temps, poussée à l’extrême. Elle a une conséquence observationnelle majeure. Si le délai croît comme le carré de la masse, comme le suggèrent plusieurs modèles, aucun trou noir astrophysique n’a encore eu le temps de « devenir vert ». Seuls d’hypothétiques trous noirs primordiaux, nés juste après le Big Bang, d’une masse de l’ordre de 102310^{23} kg, réémettraient aujourd’hui.

Scénario C : une nouvelle région cosmique

Et si la matière ne ressortait nulle part dans notre univers, mais donnait naissance à un espace nouveau en expansion ? C’est l’idée des « univers-enfants », que nous examinons dans la section suivante.

Et si un trou noir faisait naître un univers ?

En 1989, Valeri Frolov, Moisei Markov et Viatcheslav Mukhanov ont proposé un scénario précis. Si la courbure de l’espace-temps ne peut dépasser une valeur limite, l’intérieur d’un trou noir se raccorde, à travers une fine couche de transition, à une région en expansion accélérée : un univers-enfant.

Diagramme conforme : en bas, une étoile jaune qui s’effondre ; au-dessus de l’horizon, une région sombre ; une fine couche grise ; au-dessus, une grande région verte, l’univers-enfant en expansion
Schéma Univers-enfant né au-delà d’une couche de transition, d’après Frolov, Markov et Mukhanov (schéma qualitatif). Depuis notre univers, on ne voit qu’un trou noir.

Des simulations récentes en gravité modifiée ont produit ce type d’univers-bébé, relié à l’univers parent par une gorge qui reste toujours cachée derrière un horizon. Un problème de taille demeure : un théorème d’Edward Farhi et Alan Guth (1987) montre qu’en relativité classique, un tel univers doit avoir surgi d’une singularité.

Notre Big Bang est-il un Trou Vert ?

On lit souvent qu’une « coïncidence » le prouverait : le rayon de Schwarzschild de toute la masse contenue dans la sphère de Hubble serait égal au rayon de Hubble. C’est exact, mais ce n’est pas une découverte. C’est une conséquence directe de l’équation de Friedmann pour un univers à la densité critique :

ρc=3H28πG,MH=4π3(cH)3ρc=c32GH ⟹ 2GMHc2=cH.\rho_c = \frac{3H^2}{8\pi G},\quad M_H=\frac{4\pi}{3}\Big(\frac{c}{H}\Big)^3\rho_c=\frac{c^3}{2GH}\ \Longrightarrow\ \frac{2GM_H}{c^2}=\frac{c}{H}.

L’égalité est automatique. Elle ne dit rien de l’origine de l’Univers. Les annonces plus récentes, comme une asymétrie du sens de rotation des galaxies vue par le JWST, sont discutées et ne constituent pas une preuve.

Les équations, en clair

Cette section est la plus technique. Elle montre d’où viennent les contraintes. On peut la survoler sans perdre le fil.

1. Les équations d’Einstein relient la courbure de l’espace-temps (à gauche) à la matière et à l’énergie (à droite) :

Gμν+Λgμν=8πGc4 TμνG_{\mu\nu}+\Lambda g_{\mu\nu}=\frac{8\pi G}{c^4}\,T_{\mu\nu}

2. L’équation de Raychaudhuri décrit comment un faisceau de lumière se resserre. En notant θ\theta son taux d’élargissement :

dθdλ=−θ22−σ2−Rμνkμkν\frac{\mathrm{d}\theta}{\mathrm{d}\lambda}=-\frac{\theta^2}{2}-\sigma^2-R_{\mu\nu}k^\mu k^\nu

Si l’énergie est « normale » (Rμνkμkν≥0R_{\mu\nu}k^\mu k^\nu\geq 0), tout faisceau qui commence à converger finit par se focaliser en un point. C’est le cœur des théorèmes de singularité. C’est aussi l’obstacle n°1 du Trou Vert : pour passer directement d’un faisceau qui se resserre (trou noir) à un faisceau qui s’élargit (Trou Vert), il faut que ce dernier terme devienne négatif quelque part. Seuls des passages indirects, par un « horizon de Cauchy » ou dans un univers fermé, contournent cet obstacle (voir les trois portes ci-dessous).

3. Le prix du passage, chiffré. Pour le modèle que nous avons étudié, dont la gorge a la forme de celle du rebond noir de Simpson et Visser (rayon ℓ\ell), l’« énergie nulle » accumulée par un rayon lumineux qui traverse la gorge de part en part vaut exactement :

∫Tμνkμkν dλ=−E8ℓ\int T_{\mu\nu}k^\mu k^\nu\,\mathrm{d}\lambda=-\frac{E}{8\ell}

Le résultat est négatif, ce qui est le signe de la violation. Il ne dépend pas de la masse du trou noir, mais il dépend de la forme de la gorge : une autre forme, de même rayon, donne une valeur un peu différente. C’est un corollaire direct d’une relation connue des spécialistes (Bronnikov), pas une loi universelle. Dans ce modèle, la violation est aussi présente partout, très faible loin de la gorge. Une grande gorge « coûte » moins par rayon lumineux qu’une petite, mais la tension locale reste démesurée (voir la figure sur le coût d’une gorge).

4. Les trois portes de sortie. Le théorème de Penrose repose sur trois hypothèses : une énergie « normale », un futur entièrement prévisible et un espace infini. Sous ces trois hypothèses, une région piégée ne peut pas déboucher sur une région anti-piégée par un passage où aucune trajectoire ne s’interrompt. Il faut donc en abandonner au moins une :

  1. l’énergie « normale » : on admet une violation de la « condition de convergence nulle », souvent résumée par « énergie négative », ce que suggèrent plusieurs approches de gravité quantique ;
  2. la prédictibilité globale : on traverse un « horizon de Cauchy », au-delà duquel le futur n’est plus déterminé par le passé (c’est la voie des trous noirs chargés ou en rotation) ;
  3. l’espace infini : l’espace est fermé, ou change de forme et un univers fermé apparaît à l’intérieur. L’univers de de Sitter fermé passe ainsi d’une contraction piégée à une expansion anti-piégée, sans rien violer d’autre.

Cette correspondance est connue des spécialistes (Senovilla, 1998 ; Carballo-Rubio et ses collègues, 2020), et Penrose énumérait lui-même ces options dès 1965. Nous l’utilisons pour organiser nos trois scénarios.

Ce que les scientifiques ont déjà proposé

L’idée du Trou Vert n’arrive pas dans un désert. Elle prolonge plusieurs programmes de recherche bien réels :

  • Les étoiles de Planck et le tunnel trou noir–trou blanc (Rovelli, Vidotto, Haggard, 2014–2015) : la gravité quantique arrêterait l’effondrement et le ferait rebondir.
  • Les modèles de gravité quantique à boucles (Ashtekar, Olmedo, Singh, 2018 ; Kelly, Santacruz, Wilson-Ewing, 2020–2022 ; Lewandowski, Ma, Yang, Zhang, 2023) : la singularité est remplacée par une surface de transition ou un rebond. Le débat porte sur la suite : trou blanc lisse, onde de choc, ou passage vers un autre univers.
  • Les rebonds noirs (Simpson, Visser, 2019) : une famille de géométries qui passe continûment du trou noir au trou de ver traversable.
  • Les théories de gravité modifiée (Bueno, Cano, Hennigar, Murcia, 2025–2026) : une coquille de matière y « rebondit vers un nouvel univers à travers l’explosion d’un trou blanc », le tout dérivé d’une action, en dimension 5 ou plus. Des théories analogues en 4 dimensions forment elles aussi des trous noirs réguliers.
  • Les univers-enfants (Frolov, Markov, Mukhanov, 1989 ; Blau, Guendelman, Guth, 1987 ; Popławski, 2010–2025 ; Masó-Ferrando et al., 2023).

Trois résultats comptent particulièrement pour notre bilan :

  • Carlos Barceló, Raúl Carballo-Rubio et Luis Garay ont montré en 2016 que seules les transitions rapides résistent à l’instabilité des trous blancs : un trou noir doit « devenir blanc vite, ou rester noir ».
  • Johanna Borissova, Stefano Liberati et Matt Visser ont montré en 2026, dans un préprint non encore publié, qu’une transition trou noir → trou blanc qui se fait directement, sans horizon de Cauchy, viole nécessairement la condition de convergence nulle. La violation devient même illimitée si la transition est instantanée.
  • Michał Bobula et Tomasz Pawłowski concluent en 2025, dans leur modèle, que l’effondrement « ne peut pas avoir lieu dans une seule région asymptotique ». Le scénario B pourrait donc, en réalité, se transformer en scénario A.

Ce que ce travail ajoute réellement

Soyons précis : ce travail n’a pas découvert de nouvelle solution des équations de la gravitation. Il a construit un modèle-banc d’essai, baptisé GHTM (Green-Hole Transition Model, ou Modèle de Transition du Trou Vert). C’est une généralisation du rebond noir où la masse vue depuis l’entrée et celle vue depuis la sortie peuvent différer. Toutes les grandeurs ont été calculées, souvent exactement, avec des scripts reproductibles. La plupart des mécanismes en jeu sont connus ; voici ce que nos calculs apportent, et ce qu’une relecture critique nous a fait corriger.

1. Le coût du passage, chiffré

Pour la forme de gorge du rebond noir, le déficit d’énergie nulle vaut −E/8ℓ-E/8\ell, quelles que soient les masses de part et d’autre. C’est un calcul explicite, corollaire d’une relation connue, et sa valeur dépend de la forme de la gorge.

2. Le passage transmet la lumière sans la décaler

Dans un rebond noir éternel, un rayon lumineux qui entre dans l’univers A ressort dans l’univers B sans aucun décalage de fréquence, dans l’approximation de l’optique géométrique. Le passage se comporte comme un relais parfait. C’est une conséquence directe de la conservation de l’énergie, sous la forme que lui donne la relativité générale (l’« énergie de Killing »).

3. Mais pour les ondes, ce n’est pas un simple tuyau

Nous avons simulé une onde (un champ scalaire test) qui traverse le rebond noir. Elle subit trois effets :

  • Les basses fréquences sont réfléchies : le Trou Vert réémet surtout les hautes fréquences.
  • Au passage de la gorge, l’onde est scindée entre deux univers de sortie.
  • Les énergies mesurées dans les deux univers de sortie peuvent dépasser, ensemble, l’énergie entrée. Ce n’est pas une création d’énergie : la quantité conservée, l’énergie de Killing, est négative pour la part qui part dans le second univers. D’où vient physiquement l’excès, on ne peut le dire sans calculer la réaction de la géométrie.

Pour l’onde la plus simple, ce mélange croît quand la gorge rétrécit : il est le plus fort pour une gorge minuscule, là où notre approximation est la moins fiable. Ce calcul transpose au rebond noir un problème classique, la diffusion des ondes à l’intérieur d’un trou noir chargé (Gürsel, Novikov, Sandberg et Starobinsky, 1979 ; Chandrasekhar et Hartle, 1982). À notre connaissance, il n’avait pas été publié pour cette géométrie. La conservation de l’énergie de Killing, vérifiée à 5×10−95\times10^{-9} près, sert de contrôle de cohérence. Le tout vaut pour un champ test, sans réaction de la géométrie : un passage n’est pas neutre, il filtre et sépare ce qui le traverse.

4. Un trou blanc exposé à la matière doit exploser vite

Avec un modèle simple de deux coquilles de lumière qui se croisent (relation de Dray, ’t Hooft et Redmount), nous avons chiffré l’instabilité des trous blancs, connue depuis Douglas Eardley (1974). Un trou blanc classique dont l’horizon reçoit de la matière est capturé, et redevient noir, s’il n’explose pas dans un délai

Δtmax⁡≃4 GMc3 ln⁡Me δm\Delta t_{\max}\simeq 4\,\frac{GM}{c^3}\,\ln\frac{M}{e\,\delta m}

après l’arrivée d’une masse δm\delta m. Le mécanisme et sa forme logarithmique sont connus ; nous en donnons les valeurs par masse. En prenant pour δm\delta m l’énergie d’un seul photon du fond diffus cosmologique, la fenêtre est de 3 millisecondes pour une masse solaire, 4 heures pour Sagittarius A* et environ neuf mois pour M87*. Ce n’est qu’un ordre de grandeur, car un photon n’est pas une coquille sphérique. Un Trou Vert classique « en attente », exposé à la matière, est donc exclu.

À gauche, l’énergie d’une coquille entrante amplifiée jusqu’à des millions de fois près de l’horizon ; à droite, le délai maximal avant capture en unités de GM/c³, entre 100 et 750, en fonction de la masse
Calcul Modèle-jouet à deux coquilles. À gauche, l’énergie de la matière qui tombe est amplifiée près de l’horizon. À droite, le délai au-delà duquel l’explosion est capturée, en unités de GM/c3GM/c^3. Le logarithme rend le résultat presque insensible à la quantité de matière.

Le dilemme du scénario B

Ce calcul place le scénario B devant un choix difficile. Une transition rapide, en un temps de l’ordre de quelques minutes à quelques heures pour Sagittarius A*, résiste à l’instabilité. Mais elle est exclue : on suit les étoiles qui orbitent autour de Sagittarius A* depuis une trentaine d’années, on image M87* depuis plusieurs années, et tous deux sont toujours noirs. Une transition lente, au bout de milliards d’années ou plus, doit au contraire échapper à l’instabilité. Elle ne le peut que si les croisements de matière ont lieu dans la région où la gravité quantique domine, ce qui reste débattu.

5. Ce que les télescopes peuvent, ou ne peuvent pas, voir

L’ombre est strictement identique à celle d’un trou noir ordinaire pour toute géométrie de Simpson et Visser dont la gorge est plus petite que 3GM/c23GM/c^2 : les rebonds noirs, mais aussi certains trous de ver. L’Event Horizon Telescope ne peut donc pas trancher, comme l’avait relevé une analyse de 2023. Les vibrations d’un rebond noir après une perturbation, en revanche, durent un peu plus longtemps. Pour un champ scalaire test, l’amortissement suit une loi déjà publiée (Churilova et Stuchlík, 2020) : il est réduit d’un facteur 1−ℓ2/9M2\sqrt{1-\ell^2/9M^2}, soit environ 13 % pour une gorge de 1,5 GM/c2GM/c^2. Notre calcul exact le confirme. Un trou de ver traversable produirait, lui, des échos répétés.

Deux graphiques temporels : en haut, les oscillations d’un rebond noir décroissent un peu plus lentement que celles d’un trou noir ; en bas, pour un trou de ver, le signal persiste et alterne entre les deux univers, alors que celui du trou noir s’éteint
Calcul Simulation d’une onde test. En haut : un rebond noir vibre à la même fréquence qu’un trou noir, mais s’éteint un peu plus lentement. En bas : un trou de ver traversable piège l’onde entre ses deux « sphères de photons » et la renvoie en salves, alternativement dans les deux univers, toutes les ~110 GM/c3GM/c^3.
Courbe de la déviation de l’ombre en fonction du rayon de gorge : nulle jusqu’à 3, puis croissante ; une bande horizontale indique les mesures de l’EHT pour Sagittarius A*
Calcul La taille de l’ombre ne change pas tant que la gorge reste sous 3GM/c23GM/c^2. Les mesures de l’EHT sur Sagittarius A* n’excluent qu’à 1σ des trous de ver de gorge supérieure à environ 3,3–3,7 GM/c2GM/c^2.

Les objections les plus sérieuses

Un travail honnête doit aussi se mettre dans la peau du contradicteur. Voici les objections, de la plus forte à la plus faible.

  1. L’argument mathématique le plus fort. Passer directement d’une région piégée à une région anti-piégée exige de violer la condition de convergence nulle, une « énergie négative » effective. Seuls les passages par un horizon de Cauchy, ou dans un univers fermé, y échappent, avec leurs propres difficultés. Or la physique quantique connue la limite sévèrement (inégalités quantiques, théorèmes sur l’énergie moyennée). Une gorge macroscopique est hors de portée ; une gorge minuscule, à l’échelle de Planck, serait invisible et hors de toute description fiable.
  2. L’instabilité des trous blancs. Une phase blanche classique qui tarde est capturée (voir plus haut). Barceló, Carballo-Rubio et Garay en concluent qu’un trou noir doit « devenir blanc vite, ou rester noir ».
  3. L’inflation de masse. Les passages qui traversent un horizon interne héritent d’une instabilité bien connue : l’énergie s’y accumule jusqu’à des valeurs énormes. Le sujet est débattu, mais non résolu.
  4. La structure globale. Dans plusieurs modèles récents, la matière ne ressort pas dans l’univers d’où elle venait. Le Trou Vert existerait alors, mais ailleurs : invisible pour nous.
  5. La thermodynamique. Un trou noir porte une entropie gigantesque, et réémettre de la matière ordonnée exige d’expliquer où cette entropie est passée.
  6. L’absence d’observation. Aucun trou blanc n’a été vu. Les tentatives de relier des sursauts radio rapides ou des sursauts gamma à des trous blancs n’ont pas abouti. Une analyse de 2026 juge défavorisée une contribution dominante des trous blancs aux sursauts radio.
  7. Le risque d’infalsifiabilité. Avec assez de paramètres libres, un modèle peut s’ajuster à toute absence de signal.

Les réponses existent, mais elles ont un coût. La violation d’énergie requise par le scénario B est localisée et bornée, au cœur d’une région où la gravité quantique doit de toute façon intervenir. L’instabilité, en revanche, n’est pas levée : c’est le dilemme décrit plus haut. Si le délai est long, l’absence de signal est attendue, puisqu’il dépasse alors l’âge de l’Univers pour les trous noirs connus ; mais c’est justement ce régime lent que vise l’instabilité. Aucune de ces réponses n’est une preuve : elles déplacent la question vers une physique encore inconnue.

Comment chercher une preuve

Une hypothèse scientifique doit pouvoir perdre. Voici ce qui pourrait départager les scénarios :

Signatures attendues selon le scénario
ObservableTrou noir classiqueScénario A (rebond noir)Scénario B (noir → blanc)Scénario C (univers-enfant)
Taille de l’ombre (EHT)référenceidentique si ℓ<3M\ell<3Midentiqueidentique
Vibrations après fusionréférenceamortissement réduit (~ℓ2/18M2\ell^2/18M^2)identiquesidentiques
Échosnonoui, si trou de ver traversablenonnon
Explosions retardéesnonnonoui (trous noirs primordiaux)non
Signal venant de l’intérieurnonnon (sortie ailleurs)ouinon (caché)

Les pistes concrètes :

  • Les explosions de trous noirs primordiaux. Si ces objets existent, ceux d’environ 102310^{23} kg réémettraient aujourd’hui, avec une composante de longueur d’onde proche de 0,2 mm.
  • La spectroscopie des vibrations finales des fusions de trous noirs. Le signal exceptionnel GW250114 (2025) a déjà confirmé le théorème des aires de Hawking à 4,4σ : les horizons observés lors des fusions sont compatibles avec ce théorème.
  • La recherche d’échos, restée négative à ce jour dans les catalogues LIGO–Virgo–KAGRA.
  • L’imagerie à plus haute résolution, qui ne concernerait que les trous de ver de grande gorge.
Schéma : une boîte « matière effondrée » reliée par des flèches à six destinations, dont trois en vert pour les variantes du Trou Vert, chacune avec son statut scientifique
Schéma Les destinations théoriques de la matière effondrée, avec le statut de chaque option. En vert, les variantes du Trou Vert.

Questions fréquentes

A-t-on déjà observé un trou blanc ?

Non. Les trous blancs sont des solutions mathématiques des équations d’Einstein, mais ils sont instables et ne se forment pas à partir de conditions naturelles. Les propositions qui les reliaient à des sursauts gamma ou radio n’ont pas été confirmées.

La « théorie du Trou Vert » est-elle reconnue par les physiciens ?

Non. Le nom est propre à ce projet ; la notion qu’il désigne, une transition trou noir → trou blanc, est en revanche étudiée par les physiciens. Le document n’a pas été évalué par des pairs. Les ingrédients sont sérieux et publiés : transitions trou noir–trou blanc, rebonds noirs, univers-enfants. Le travail consiste à les rassembler, à les calculer et à les critiquer.

Pourrait-on voyager à travers un trou noir ?

Pas dans un trou noir classique : la matière y finit sur la singularité. Dans les scénarios de passage, la traversée exigerait des conditions extrêmes, comme une énergie négative gigantesque ou une gravité quantique à densité de Planck, qui détruiraient tout objet organisé. Et la sortie aurait lieu dans un autre univers, ou des milliards d’années plus tard pour un observateur extérieur.

Le Big Bang est-il un trou blanc ?

Rien ne l’établit. Plusieurs modèles le proposent, mais leurs prédictions ne sont pas confirmées, et la « coïncidence » souvent citée entre rayon de Hubble et rayon de Schwarzschild est une simple identité mathématique.

Que deviendrait la matière qui traverse ?

Rien n’impose qu’elle ressorte identique. Le bilan d’énergie est fixé par les équations, pas la composition. Dans nos simulations, une onde ressort filtrée en fréquence et partagée entre deux univers. L’information qu’elle porte n’est pas détruite, au moins pour des champs classiques.

Pourquoi l’appeler « vert » ?

Par contraste avec le noir (qui absorbe) et le blanc (qui émet, mais dans le passé). Dans toutes les figures, le vert signale les régions « anti-piégées », où l’espace pousse tout vers l’extérieur.

Conclusion ouverte : l’espace-temps a-t-il des passages que nous ne comprenons pas encore ?

L’intuition de départ, à l’absorption répond une émission, résiste à l’examen, à condition d’être reformulée. Le Trou Vert n’est pas une force inverse ni un trou blanc posé à côté d’un trou noir. C’est une région qui pousse vers l’extérieur et qui succède à une région qui piège : une notion que les physiciens connaissent, et à laquelle ce projet donne un nom. Elle est précise, et son prix est connu.

En relativité générale classique, avec une énergie « normale », un futur prévisible et un espace infini, ce passage est interdit : c’est le théorème de Penrose. Il devient possible si l’on renonce à l’une de ces trois hypothèses, par exemple si une physique nouvelle, la gravité quantique ou une gravité modifiée, autorise une violation localisée de la condition d’énergie. Plusieurs approches indépendantes vont dans ce sens. Restent des questions ouvertes décisives : la source de cette violation, la stabilité de la phase blanche, avec le dilemme entre transition rapide et transition lente, et la question de savoir si la sortie se trouve dans notre univers ou ailleurs.

Les mathématiques autorisent des passages, et la physique connue en fixe le prix. Seule une théorie quantique de la gravité, ou une observation, dira si la nature le paie.

Équations, démonstrations, simulations, 209 références vérifiées, objections et annexes : tout est dans le working paper.

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Comment ce travail a été mené

Ce travail a été préparé avec l’assistance d’un modèle d’IA (Claude, d’Anthropic) : recherche et vérification des sources, calculs symboliques et numériques, rédaction. La démarche a consisté à demander à l’IA de réfuter l’intuition, pas de l’approuver (voir L’IA, ce pote qui te dit toujours oui et L’IA et nous : comprendre, questionner, rester humains). Chaque référence a été contrôlée sur INSPIRE-HEP, arXiv ou Crossref. Chaque figure calculée est reproductible avec les scripts fournis. L’outillage est décrit dans Installer Claude Code dans VS Code et Claude Skills Art of Dev.

Sources

Une sélection des références principales. La bibliographie complète, avec les 209 références vérifiées, se trouve dans le working paper.

  1. A. Einstein, N. Rosen, « The Particle Problem in the General Theory of Relativity », Phys. Rev. 48, 73 (1935). doi:10.1103/PhysRev.48.73
  2. R. W. Fuller, J. A. Wheeler, « Causality and Multiply Connected Space-Time », Phys. Rev. 128, 919 (1962). doi:10.1103/PhysRev.128.919
  3. R. Penrose, « Gravitational Collapse and Space-Time Singularities », Phys. Rev. Lett. 14, 57 (1965). doi:10.1103/PhysRevLett.14.57
  4. D. M. Eardley, « Death of White Holes in the Early Universe », Phys. Rev. Lett. 33, 442 (1974). doi:10.1103/PhysRevLett.33.442
  5. Y. Gürsel, V. D. Sandberg, I. D. Novikov, A. A. Starobinsky, « Evolution of scalar perturbations near the Cauchy horizon of a charged black hole », Phys. Rev. D 19, 413 (1979). doi:10.1103/PhysRevD.19.413
  6. S. Chandrasekhar, J. B. Hartle, « On crossing the Cauchy horizon of a Reissner–Nordström black-hole », Proc. R. Soc. Lond. A 384, 301 (1982). doi:10.1098/rspa.1982.0160
  7. T. Dray, G. ’t Hooft, « The effect of spherical shells of matter on the Schwarzschild black hole », Commun. Math. Phys. 99, 613 (1985). doi:10.1007/BF01215912
  8. M. S. Morris, K. S. Thorne, « Wormholes in spacetime and their use for interstellar travel: A tool for teaching general relativity », Am. J. Phys. 56, 395 (1988). doi:10.1119/1.15620
  9. V. P. Frolov, M. A. Markov, V. F. Mukhanov, « Through a black hole into a new universe? », Phys. Lett. B 216, 272 (1989). doi:10.1016/0370-2693(89)91114-3
  10. J. L. Friedman, K. Schleich, D. M. Witt, « Topological censorship », Phys. Rev. Lett. 71, 1486 (1993). doi:10.1103/PhysRevLett.71.1486
  11. S. A. Hayward, « General laws of black-hole dynamics », Phys. Rev. D 49, 6467 (1994). doi:10.1103/PhysRevD.49.6467
  12. J. M. M. Senovilla, « Singularity Theorems and Their Consequences », Gen. Rel. Grav. 30, 701 (1998). doi:10.1023/A:1018801101244
  13. J. Maldacena, L. Susskind, « Cool horizons for entangled black holes », Fortsch. Phys. 61, 781 (2013). arXiv:1306.0533
  14. C. Barceló, R. Carballo-Rubio, L. J. Garay, « Mutiny at the white-hole district », Int. J. Mod. Phys. D 23, 1442022 (2014). doi:10.1142/S021827181442022X
  15. H. M. Haggard, C. Rovelli, « Quantum-gravity effects outside the horizon spark black to white hole tunneling », Phys. Rev. D 92, 104020 (2015). arXiv:1407.0989 ; et « Black to white hole tunneling: An exact classical solution », Int. J. Mod. Phys. A 30, 1545015 (2015). doi:10.1142/S0217751X15450153
  16. C. Barceló, R. Carballo-Rubio, L. J. Garay, « Black holes turn white fast, otherwise stay black: no half measures », JHEP 01 (2016) 157. doi:10.1007/JHEP01(2016)157
  17. P. Gao, D. L. Jafferis, A. C. Wall, « Traversable wormholes via a double trace deformation », JHEP 12 (2017) 151. doi:10.1007/JHEP12(2017)151
  18. A. Simpson, M. Visser, « Black-bounce to traversable wormhole », JCAP 02 (2019) 042. doi:10.1088/1475-7516/2019/02/042
  19. R. Carballo-Rubio, F. Di Filippo, S. Liberati, M. Visser, « Geodesically complete black holes », Phys. Rev. D 101, 084047 (2020). doi:10.1103/PhysRevD.101.084047
  20. M. S. Churilova, Z. Stuchlík, « Ringing of the regular black-hole/wormhole transition », Class. Quantum Grav. 37, 075014 (2020). doi:10.1088/1361-6382/ab7717
  21. K. A. Bronnikov, R. K. Walia, « Field sources for Simpson–Visser spacetimes », Phys. Rev. D 105, 044039 (2022). doi:10.1103/PhysRevD.105.044039
  22. A. Rignon-Bret, C. Rovelli, « Black to white transition of a charged black hole », Phys. Rev. D 105, 086003 (2022). doi:10.1103/PhysRevD.105.086003
  23. M. Han, C. Rovelli, F. Soltani, « Geometry of the black-to-white hole transition within a single asymptotic region », Phys. Rev. D 107, 064011 (2023). arXiv:2302.03872
  24. J. Lewandowski, Y. Ma, J. Yang, C. Zhang, « Quantum Oppenheimer-Snyder and Swiss Cheese Models », Phys. Rev. Lett. 130, 101501 (2023). doi:10.1103/PhysRevLett.130.101501
  25. S. Vagnozzi et al., « Horizon-scale tests of gravity theories and fundamental physics from the Event Horizon Telescope image of Sagittarius A* », Class. Quantum Grav. 40, 165007 (2023). doi:10.1088/1361-6382/acd97b
  26. P. Bueno, P. A. Cano, R. A. Hennigar, Á. J. Murcia, « Dynamical Formation of Regular Black Holes », Phys. Rev. Lett. 134, 181401 (2025). doi:10.1103/PhysRevLett.134.181401
  27. M. Bobula, T. Pawłowski, « Causal structure of nonhomogeneous dust collapse in effective loop quantum gravity », Phys. Rev. D 112, 064056 (2025). arXiv:2410.22943
  28. J. Borissova, S. Liberati, M. Visser, « Null geodesic defocusing in dynamical black-hole-to-white-hole transitions », préprint (2026). arXiv:2606.22404
  29. Event Horizon Telescope Collaboration, « First M87 Event Horizon Telescope Results. I », ApJL 875, L1 (2019) ; « First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. I et VI », ApJL 930, L12 et L17 (2022). doi:10.3847/2041-8213/ab0ec7
  30. LIGO Scientific, Virgo et KAGRA Collaborations, « GW250114: Testing Hawking’s Area Law and the Kerr Nature of Black Holes », Phys. Rev. Lett. 135, 111403 (2025). doi:10.1103/kw5g-d732
  31. C. Ewasiuk, S. Profumo, « Quantum tunneling of primordial black holes to white holes: rates, constraints, and implications for fast radio bursts », JCAP 09 (2026) 132. arXiv:2603.22516
  32. J. Borissova, S. Liberati, M. Visser, « Null geodesic defocusing in dynamical black-hole-to-white-hole transitions », préprint (2026), non évalué par les pairs. arXiv:2606.22404

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