Aller au contenu principal
EN
Menu

[ observer ]

Ondes gravitationnelles : entendre deux trous noirs fusionner

Le 14 septembre 2015, deux détecteurs ont capté pour la première fois le frémissement de l'espace-temps causé par deux trous noirs qui fusionnent. Écoutez à quoi ressemble ce signal.

6 min de lectureMis à jour le 8 octobre 2026

Des rides dans l'espace-temps

En 1916, Einstein comprend que sa relativité générale prévoit des ondes : quand des masses accélèrent, l'espace-temps se met à vibrer, et cette vibration se propage à la vitesse de la lumière. Il doute qu'on puisse un jour les mesurer, tant elles sont faibles. Une preuve indirecte arrive dans les années 1970 avec le pulsar binaire de Hulse et Taylor, dont l'orbite rétrécit exactement comme prévu.

GW150914, le premier signal

Le 14 septembre 2015, les deux détecteurs LIGO, aux États-Unis, enregistrent à 7 millisecondes d'intervalle un signal bref : en 0,2 seconde, sa fréquence grimpe de 35 à environ 150 hertz pendant que son amplitude augmente. C'est la signature de deux trous noirs d'environ 36 et 29 masses solaires qui spiralent l'un vers l'autre puis fusionnent, il y a 1,3 milliard d'années.

Le trou noir final pèse environ 62 masses solaires : l'équivalent de trois masses solaires a été converti en ondes gravitationnelles en une fraction de seconde. La découverte a valu le prix Nobel de physique 2017 à Rainer Weiss, Barry Barish et Kip Thorne.

Le « chirp » de GW150914, synthétisé
Son synthétisé

Son calculé dans votre navigateur à partir d'un modèle simplifié : spirale newtonienne pour une masse de chirp de 30 masses solaires, puis vibration amortie du trou noir final. Ce n'est pas l'enregistrement de LIGO, mais il en reproduit l'allure : une montée en fréquence et en volume de 35 à environ 150 Hz en 0,2 seconde.

Comment fonctionne LIGO

Chaque détecteur est un interféromètre en forme de L, aux bras de 4 km. Un laser parcourt les deux bras et se recombine. Quand une onde passe, elle allonge un bras et raccourcit l'autre, ce qui décale très légèrement les faisceaux. Le changement de longueur à mesurer est d'environ un millième de la taille d'un proton.

ApprofondirLa déformation relative
h = ΔL / L ≈ 10⁻²¹
h est l'amplitude de l'onde, L la longueur du bras et ΔL sa variation.

Pour GW150914, le pic d'amplitude atteignait environ 10⁻²¹. Sur un bras de 4 km, cela représente une variation de l'ordre de 10⁻¹⁸ m. La fréquence du signal renseigne sur les masses : plus elle monte vite, plus le couple est lourd.

Ce que ces ondes nous ont appris

  • Les couples de trous noirs existent, et fusionnent fréquemment dans l'Univers.
  • Il existe des trous noirs de masse intermédiaire : la fusion GW190521 a donné un trou noir d'environ 142 masses solaires.
  • En 2017, la fusion de deux étoiles à neutrons a été vue à la fois en ondes gravitationnelles et en lumière, une première.
  • Les signaux concordent avec la relativité générale, y compris la « vibration » du trou noir final juste après la fusion.

Pour l'avenir, l'Agence spatiale européenne prépare LISA, un détecteur spatial prévu pour les années 2030, qui captera les fusions de trous noirs supermassifs. En attendant, explorez les trous noirs déjà connus.

Questions fréquentes

Peut-on entendre les ondes gravitationnelles ?

Pas avec les oreilles : ce sont des déformations de l'espace, pas des vibrations de l'air. Mais leur fréquence, de quelques dizaines à quelques centaines de hertz pour les trous noirs stellaires, tombe dans la gamme audible. On peut donc convertir le signal en son, comme sur cette page.

Combien de fusions de trous noirs a-t-on détectées ?

Des centaines de signaux ont été enregistrés depuis 2015 par LIGO, Virgo et KAGRA, la grande majorité venant de fusions de trous noirs.

Les ondes gravitationnelles sont-elles dangereuses ?

Non. Quand elles nous atteignent, elles ont étiré et comprimé la Terre d'une fraction infime de la taille d'un atome. Il faut les instruments les plus précis jamais construits pour les mesurer.

Sources

Pour continuer