Home / Sciences / Le trou de ver : quand la relativité générale ouvre un raccourci dans l’espace-temps

Sciences

Le trou de ver : quand la relativité générale ouvre un raccourci dans l’espace-temps

August 28, 2026

Aucune image n’a jamais été prise d’un trou de ver. Aucune expérience n’en a jamais détecté un dans le ciel. Et pourtant, ce concept traverse la physique théorique depuis plus d’un siècle, porté par une simple observation : les équations d’Einstein n’interdisent pas, sur le papier, l’existence d’un tunnel reliant deux régions distantes de l’univers, voire deux univers différents. Entre curiosité mathématique, casse-tête pour la physique quantique et image récurrente de la science-fiction, le trou de ver mérite qu’on distingue soigneusement ce qui relève du calcul rigoureux de ce qui relève de l’extrapolation.

1. Qu’est-ce qu’un trou de ver, précisément ?

Un trou de ver (ou pont d’Einstein-Rosen) est une solution des équations de la relativité générale qui décrit une structure topologique reliant deux régions de l’espace-temps par un « tunnel » plus court que le chemin classique passant par l’espace ordinaire. On le représente souvent par l’image d’une feuille de papier pliée en deux, où un tube relie les deux couches : la distance à travers le tube est bien plus courte que la distance sur la feuille dépliée.

Sur le plan formel, un trou de ver possède :

Deux embouchures (mouths), ouvertures situées dans deux régions distinctes de l’espace-temps, parfois dans deux univers distincts selon les modèles ;
Une gorge (throat), la section la plus étroite du tunnel qui relie ces deux embouchures ;
Une condition géométrique dite de « flaring-out » : la section du tunnel doit s’évaser de part et d’autre de la gorge, ce qui impose des contraintes très fortes sur la matière capable de le soutenir.

Il faut distinguer deux grandes familles. Les trous de ver non traversables, comme le pont d’Einstein-Rosen originel, sont mathématiquement valides mais s’effondrent sur eux-mêmes plus vite que n’importe quel signal, même lumineux, ne pourrait les franchir : ce sont des objets purement géométriques, sans usage pratique. Les trous de ver traversables, en revanche, sont des constructions théoriques pensées pour rester ouvertes assez longtemps pour qu’un objet matériel puisse effectivement passer d’une embouchure à l’autre. C’est cette seconde catégorie qui nourrit l’imaginaire du voyage interstellaire, et c’est aussi la plus problématique : pour empêcher la gorge de se refermer, il faudrait une forme de matière ou d’énergie à densité d’énergie négative, dite « matière exotique », dont l’existence à grande échelle n’a jamais été observée.

2. Aux origines du concept : une histoire de coïncidences mathématiques

Le trou de ver n’est pas né d’une intuition sur le voyage dans l’espace, mais d’un travail de relecture mathématique.

1916, Ludwig Flamm. Quelques mois après la publication de la relativité générale, le physicien autrichien Ludwig Flamm étudie la solution de Schwarzschild, celle qui décrit la courbure de l’espace-temps autour d’une masse sphérique (ce qu’on appellera plus tard un trou noir). En cherchant à représenter géométriquement cette solution, Flamm remarque que les équations admettent une seconde nappe d’espace, reliée à la première par une sorte de gorge. Cette observation, connue sous le nom de « paraboloïde de Flamm », est rétrospectivement considérée comme la toute première esquisse mathématique d’un trou de ver, même si Flamm lui-même n’en tire aucune conséquence physique.

1935, Einstein et Rosen. Albert Einstein et Nathan Rosen reprennent cette structure à double feuillet, non pas pour décrire un raccourci spatial, mais dans le cadre d’une tentative (restée sans suite) de modéliser les particules élémentaires comme des irrégularités de l’espace-temps, sans singularité. Leur article, « The Particle Problem in General Relativity », introduit formellement le « pont » reliant deux feuillets identiques : c’est le pont d’Einstein-Rosen. L’objectif initial (unifier gravité et matière) échoue, mais la structure géométrique, elle, entre dans l’histoire de la physique.

Années 1950, John Wheeler. Deux décennies plus tard, le physicien John Archibald Wheeler reprend le sujet sous l’angle de la topologie de l’espace-temps. Avec Charles Misner, il forge en 1957 le terme anglais « wormhole » (littéralement « trou de ver », par analogie avec le tunnel qu’un ver creuse pour raccourcir sa traversée d’une pomme). Wheeler imagine alors des trous de ver microscopiques, à l’échelle de Planck, comme composantes d’une « mousse quantique » constituant la texture la plus fine de l’espace-temps.

1973, Homer Ellis. Le physicien Homer Ellis propose une solution, le « drainhole », qui constitue l’un des tout premiers modèles explicites de trou de ver traversable, en s’appuyant sur un champ scalaire à couplage inversé. Ses travaux resteront longtemps méconnus.

1988, Morris et Thorne. C’est l’article de Michael Morris et Kip Thorne, « Wormholes in Spacetime and Their Use for Interstellar Travel », qui popularise véritablement l’idée d’un trou de ver traversable et exploitable. L’anecdote est connue : Thorne aurait été sollicité par Carl Sagan, qui avait besoin d’un mécanisme physiquement défendable pour faire voyager l’héroïne de son roman Contact à travers la galaxie sans violer la relativité. Morris et Thorne posent alors les conditions précises (absence d’horizon des événements, gorge stable, matière exotique nécessaire) qui définissent depuis ce qu’on appelle un trou de ver de Morris-Thorne, référence de la quasi-totalité des travaux ultérieurs.

2013, la conjecture ER = EPR. Juan Maldacena et Leonard Susskind proposent une idée qui déplace le trou de ver du terrain de la relativité générale vers celui de la physique quantique : deux particules intriquées (un « couple EPR », du nom du paradoxe d’Einstein, Podolsky et Rosen) seraient reliées par un trou de ver microscopique, non traversable (un « pont ER »). L’équation ER = EPR suggère que l’intrication quantique et la connexité géométrique de l’espace-temps pourraient être deux descriptions d’un même phénomène.

3. Comment créer un trou de ver, en théorie

Rien ne permet aujourd’hui d’envisager la fabrication réelle d’un trou de ver, mais la littérature théorique distingue plusieurs pistes, toutes buttant sur les mêmes obstacles fondamentaux.

Agrandir un trou de ver déjà existant, à l’échelle de Planck. L’idée s’appuie sur la mousse quantique de Wheeler : à l’échelle de Planck (10⁻³⁵ mètre), les fluctuations du vide créeraient et détruiraient en permanence des micro-trous de ver, de façon aléatoire et fugace. Le scénario théorique consiste à « capturer » l’un de ces trous de ver virtuels et à l’agrandir jusqu’à une taille macroscopique, par un mécanisme d’inflation locale comparable à celui qui aurait dilaté l’univers primordial. Le problème n’est pas seulement la faisabilité technique : aucun modèle de matière classique ne permet d’y parvenir, et il faudrait de toute façon une énergie considérable concentrée dans une région infime, sans que la structure ne s’effondre ou ne développe une singularité en cours de route.

Concentrer une masse ou une énergie extrême pour générer directement une topologie de trou de ver. C’est le scénario le plus souvent évoqué dans la vulgarisation, par analogie avec le pont d’Einstein-Rosen associé à la solution de Schwarzschild. Rien ne garantit toutefois qu’un objet de type trou noir ainsi formé donne naissance à un trou de ver traversable : le pont d’Einstein-Rosen originel est mathématiquement valide, mais s’effondre sur lui-même plus vite qu’aucun signal ne peut le franchir.

L’obstacle commun : la matière exotique. Dans les deux scénarios, la même exigence revient : empêcher la gorge de se refermer sur elle-même impose de la maintenir ouverte avec de la matière ou de l’énergie à densité négative, une configuration qui viole la condition d’énergie nulle. La seule source connue et vérifiée expérimentalement d’énergie négative est l’effet Casimir, produit entre deux plaques conductrices très rapprochées, mais son intensité mesurée en laboratoire est infinitésimale face à ce qu’exigerait un trou de ver macroscopique. Les travaux de Ford et Roman ont par ailleurs montré que la physique quantique impose des bornes strictes, dites inégalités quantiques, sur la quantité et la durée d’une région d’énergie négative. Une conséquence frappante : un trou de ver stable aurait presque nécessairement une gorge à peine plus large que la longueur de Planck, sauf à accepter des décalages spectraux extrêmes ou une couche de matière exotique infiniment fine.

Le terme « matière exotique » ne désigne pas une substance précise, mais une catégorie définie négativement, par ce qu’elle viole plutôt que par ce qu’elle est. En relativité générale, plusieurs conditions d’énergie (la condition d’énergie faible, qui exige une densité d’énergie positive pour tout observateur, et la condition d’énergie nulle, sa version affaiblie) sont censées garantir que la matière se comporte de façon raisonnable. La matière exotique est précisément celle dont le tenseur énergie-impulsion enfreint ces conditions : elle peut présenter une densité d’énergie négative, une pression négative très forte, voire une masse effective négative. Il ne faut pas la confondre avec l’antimatière, qui possède une énergie et une masse parfaitement positives, seule sa charge électrique étant inversée. Sur le plan cosmologique, le candidat le plus discuté est l’énergie fantôme (phantom energy), une forme spéculative d’énergie noire dont l’équation d’état, le rapport entre pression et densité, descend en dessous de moins un, ce qui viole justement la condition d’énergie nulle. Certains modèles théoriques envisagent qu’une civilisation suffisamment avancée puisse en théorie collecter de l’énergie fantôme pour alimenter un trou de ver, mais il s’agit là encore d’un exercice mathématique : l’existence physique de cette énergie fantôme reste hypothétique, distincte de l’énergie noire ordinaire (avec une équation d’état proche de moins un) déjà mise en évidence par l’accélération de l’expansion cosmique.

Une troisième piste : passer par l’intrication quantique. Dans l’esprit de la conjecture ER = EPR, une autre approche théorique ne cherche pas à construire un tunnel dans l’espace, mais à intriquer deux systèmes quantiques, deux trous noirs en théorie : leur intrication serait, par construction, équivalente à un pont d’Einstein-Rosen microscopique. Un tel trou de ver resterait non traversable, sauf à appliquer un protocole de téléportation très spécifique, comme celui simulé numériquement sur le processeur Sycamore de Google en 2022 (une simulation d’un modèle mathématique dual, et non la fabrication d’un trou de ver physique).

Deux réserves méritent d’être rappelées. D’abord, aucun de ces scénarios n’a de statut au-delà de l’exploration mathématique : les auteurs eux-mêmes les présentent le plus souvent comme des expériences de pensée plutôt que comme des plans d’ingénierie. Ensuite, la conjecture de protection chronologique proposée par Stephen Hawking suggère que la physique pourrait s’arranger, par des effets quantiques encore mal compris, pour empêcher systématiquement la formation de structures qui permettraient de violer la causalité, ce qu’un trou de ver traversable rendrait possible.

4. Quelques points supplémentaires qui méritent d’être ajoutés

Au-delà de l’histoire et des connexions déjà évoquées, trois éléments me semblent pertinents à intégrer pour donner à l’article une assise plus complète et plus honnête sur l’état réel de la recherche :

Aucune preuve observationnelle à ce jour. Il est important de le rappeler explicitement : malgré un siècle de travail théorique, aucun trou de ver n’a jamais été observé, directement ou indirectement. Certains programmes de recherche explorent des signatures observationnelles possibles (ombres différentes de celles d’un trou noir, lentilles gravitationnelles atypiques), sans résultat probant à ce jour.
L’expérience de simulation quantique de 2022. Une équipe associant Caltech, Harvard, le MIT et Fermilab a publié dans Nature une expérience réalisée sur le processeur quantique Sycamore de Google, simulant la dynamique d’un trou de ver traversable via un modèle holographique simplifié (modèle SYK). Il ne s’agit en aucun cas de la création d’un trou de ver physique : c’est une simulation numérique d’un modèle mathématique dual à la gravité, et sa portée a d’ailleurs été discutée, certains physiciens (Kobrin, Schuster et Yao, notamment) ayant contesté la solidité de l’interprétation gravitationnelle des résultats. L’épisode reste un bon exemple des limites entre corrélation formelle et démonstration physique.
Trous de ver microscopiques versus trous de ver macroscopiques. La distinction entre les trous de ver à l’échelle de Planck imaginés par Wheeler (composantes possibles de la mousse quantique) et les trous de ver macroscopiques envisagés par Morris et Thorne pour le voyage interstellaire est trop souvent gommée dans la vulgarisation : ce sont deux régimes physiques très différents, avec des implications et des degrés de spéculation très inégaux.

6. Le trou de ver dans la fiction

Peu de concepts de physique théorique ont autant migré vers l’imaginaire collectif. Voici quelques repères, du plus fidèle à la physique au plus librement inventé :

Contact, Carl Sagan (roman, 1985) et film de Robert Zemeckis (1997). C’est l’œuvre à l’origine directe des travaux de Morris et Thorne : Sagan, astrophysicien lui-même, voulait un mécanisme de voyage interstellaire qui ne viole pas ouvertement la relativité générale, ce qui a poussé Thorne à formaliser mathématiquement le trou de ver traversable en 1988.
Interstellar, Christopher Nolan (2014). Kip Thorne a agi comme conseiller scientifique du film, ce qui explique le soin apporté à la représentation visuelle du trou de ver (une sphère plutôt qu’un simple anneau, conformément à la façon dont la lumière serait réellement déviée autour d’une gorge sphérique) et du trou noir Gargantua.
Stargate, franchise créée par Roland Emmerich et Dean Devlin (1994). Le film puis les séries télévisées popularisent l’idée d’un trou de ver stabilisé artificiellement et activé à la demande entre deux points fixes, une prise de liberté totale avec la physique réelle mais devenue un archétype du genre.
Star Trek : Deep Space Nine (1993-1999). Le « trou de ver bajoran » est au cœur de la série : un trou de ver stable reliant deux régions éloignées de la galaxie, occupé qui plus est par des entités non linéaires dans le temps, ce qui en fait une exploration assez libre des implications temporelles du concept.
Event Horizon, Paul W. S. Anderson (1997). Le film détourne le principe vers l’horreur : un vaisseau doté d’un générateur de trou de ver franchit accidentellement une région où les lois physiques ordinaires cessent de s’appliquer.
Doctor Who (série télévisée britannique, depuis 1963). Les « rifts » et divers dispositifs de la série empruntent régulièrement à l’idée du raccourci spatio-temporel, sans jamais chercher la rigueur scientifique de Contact ou d’Interstellar.

Ce classement illustre un point développé plus haut : plus une œuvre s’autorise de liberté vis-à-vis des contraintes physiques réelles (matière exotique, stabilité de la gorge, absence d’horizon), plus le trou de ver devient un simple dispositif narratif, une porte, davantage qu’un objet de physique.

3. Pistes d’ouverture et connexions avec d’autres notions

Le trou de ver n’est jamais un objet isolé : il se situe à la croisée de plusieurs grands chantiers de la physique contemporaine, et déborde largement dans la culture et la philosophie.

Trous noirs et trous blancs. Le pont d’Einstein-Rosen originel relie mathématiquement un trou noir à un « trou blanc » symétrique, objet hypothétique qui ne laisserait rien entrer mais expulserait matière et lumière. La parenté conceptuelle entre trou de ver et trou noir est directe : les deux naissent de la même solution de Schwarzschild.
Énergie négative et effet Casimir. La matière exotique requise pour stabiliser un trou de ver traversable n’est pas une pure fiction mathématique : la théorie quantique des champs prédit, via l’effet Casimir, que certaines configurations peuvent présenter localement une densité d’énergie négative. L’écart entre cet effet, infime, et la quantité d’énergie négative macroscopique qu’exigerait un trou de ver franchissable reste toutefois considérable.
Voyage temporel et causalité. Morris, Thorne et Yurtsever ont montré dès 1988 qu’un trou de ver traversable, si l’une de ses embouchures est accélérée puis ramenée près de l’autre, peut en principe être transformé en machine à explorer le temps. Cette conséquence directe a nourri l’essentiel du débat sur les paradoxes causaux (le fameux paradoxe du grand-père) et sur la « conjecture de protection chronologique » de Stephen Hawking, selon laquelle les lois de la physique s’arrangeraient toujours pour empêcher ce type de scénario.
Intrication quantique et gravité émergente. La conjecture ER = EPR s’inscrit dans un courant de recherche plus large qui explore l’idée que l’espace-temps lui-même pourrait émerger de relations d’intrication entre systèmes quantiques, plutôt que d’être une scène préexistante dans laquelle la physique se déroule.
Science-fiction : un usage à double tranchant. Le trou de ver est devenu un poncif du cinéma et de la littérature (Contact, Interstellar, Stargate). Ces œuvres popularisent une intuition correcte (un raccourci géométrique) tout en glissant, le plus souvent, sur les conditions physiques réellement exigées pour qu’un tel objet soit stable et franchissable.
Cosmologie et pluralité des univers. Certains modèles envisagent des trous de ver ne reliant pas deux régions d’un même univers, mais deux univers distincts, ce qui recoupe les débats plus larges sur le multivers.

7. Tableau récapitulatif

Notion / repère	Contenu essentiel
Définition	Structure topologique reliant deux régions de l’espace-temps par un tunnel plus court que le trajet classique
Anatomie	Deux embouchures reliées par une gorge, avec une condition d’évasement (flaring-out)
1916 — Flamm	Première esquisse mathématique en analysant la solution de Schwarzschild
1935 — Einstein & Rosen	Formalisation du « pont » reliant deux feuillets d’espace, dans une tentative de modéliser les particules
1957 — Wheeler	Invention du terme « wormhole », hypothèse d’une mousse quantique à l’échelle de Planck
1988 — Morris & Thorne	Premier modèle rigoureux de trou de ver traversable, sollicité par Carl Sagan pour le roman Contact
Matière exotique	Énergie à densité négative nécessaire pour empêcher la gorge de se refermer, non observée à grande échelle
2013 — ER = EPR	Conjecture de Maldacena et Susskind reliant intrication quantique et trous de ver microscopiques
2022 — Sycamore	Simulation quantique d’une dynamique de trou de ver traversable, résultat débattu dans la communauté scientifique
Création théorique	Agrandir un trou de ver de la mousse quantique, ou générer une topologie via une masse extrême ; obstacle commun : la matière exotique
État observationnel	Aucun trou de ver détecté à ce jour ; objet resté purement théorique