Grands murs et filaments : la toile cosmique

Résumé scientifique

L'article d'Astronoo présente les grands murs et les filaments cosmiques, ces structures géantes qui dessinent l'architecture à grande échelle de l'Univers. À l'échelle cosmologique, la matière n'est pas distribuée uniformément : elle s'organise en amas, superamas, complexes de superamas et filaments, séparés par d'immenses vides cosmiques. Les Grands Murs, comme celui d'Hercule-Couronne boréale ou de Sloan, regroupent des millions de galaxies sur des centaines de millions, voire des milliards d'années-lumière. Les filaments, tels que ceux de la Chevelure de Bérénice ou Persée-Pégase, relient ces superamas. Depuis 2024, deux nouvelles structures, l'Anneau géant (Big Ring) et Quipu, sont venues s'ajouter à cette liste et raviver le débat sur les limites de taille imposées par le principe cosmologique. La matière noire et la gravitation jouent un rôle décisif dans la formation de toutes ces structures.

Quelle est l'architecture cachée de l'Univers à très grande échelle ?

Cet article est consacré aux grands murs et aux filaments cosmiques, les plus vastes structures connues de l'Univers observable. Mais quelle est donc cette architecture cachée qui organise la matière à l'échelle cosmique ? La réponse réside dans la toile cosmique, un réseau tridimensionnel où les galaxies se concentrent le long de filaments et de murs, tandis que d'immenses vides les séparent.

Des structures aux tailles vertigineuses

Les Grands Murs, comme celui d'Hercule-Couronne boréale (environ 10 milliards d'années-lumière, peut-être jusqu'à 15 milliards selon une réévaluation de 2025), le Huge-LQG (environ 4 milliards d'années-lumière) ou le Grand Mur de Sloan (environ 1,37 milliard d'années-lumière), figurent parmi les plus grandes structures candidates de l'Univers observable — même si l'existence physique de certaines d'entre elles, en tant que structures réellement liées, reste discutée par la communauté scientifique. Les filaments galactiques, tels que le filament de la Chevelure de Bérénice ou celui du Laniakea, connectent quant à eux les superamas entre eux.

Cette organisation résulte de l'amplification gravitationnelle de minuscules fluctuations de densité présentes juste après le Big Bang, un processus dans lequel la matière noire agit comme une colle gravitationnelle. L'étude de ces structures, enrichie depuis 2024 par la découverte de l'Anneau géant et de Quipu, permet de mieux comprendre la formation et l'évolution de l'Univers, et interroge les limites du modèle cosmologique standard.

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Qu'est-ce qu'un Grand Mur ?

Définition et composition d'un Grand Mur

L'univers observable, c'est-à-dire la partie de l'univers que nous pouvons potentiellement observer, est extrêmement vaste. Cependant, l'univers dans son ensemble pourrait être beaucoup plus vaste encore, et son étendue exacte au-delà de l'univers observable est inconnue.

Les cosmologistes ont donné des noms aux différentes structures dans cette vaste étendue. L'intérieur de l'univers est composé d'amas de galaxies, de superamas de galaxies, de complexe de superamas, de filaments cosmiques, de Grands Murs et de vides cosmiques.

En cosmologie, le terme "Grand Mur" fait référence à plusieurs structures à grande échelle dans l'univers. Ces structures, de plusieurs centaines de millions d'années-lumière, sont d'immenses conglomérations de superamas de galaxies, de groupes et de filaments de galaxies, de matière noire et de gaz interconnectés par la force gravitationnelle. Il faut noter qu'un Grand Mur n'est pas nécessairement une structure gravitationnellement liée dans son ensemble : certains, comme le Grand Mur de Sloan, sont plutôt des alignements de matière qui ne se maintiendront pas indéfiniment sous leur propre gravité.

Les principaux Grands Murs de l'Univers

Les Grands Murs les plus vastes sont le Grand Mur d'Hercule-Couronne boréale (environ 10 milliards d'années-lumière, voire jusqu'à 15 milliards selon une réévaluation récente), le Huge-LQG (environ 4 milliards d'années-lumière), le Grand Mur de Sloan (environ 1,37 milliard d'années-lumière), et le Grand Mur CfA2 (environ 500 millions d'années-lumière).

L'étude de telles structures aide les cosmologistes à mieux comprendre la formation et l'évolution de l'univers à grande échelle, ainsi que la distribution de la matière dans "l'espace-temps". La question de savoir si l'univers dans son ensemble est infini ou fini reste une question ouverte en cosmologie.

N.B. :
Notre Galaxie n'appartient pas à un "Grand Mur", elle fait partie d'un groupe local de galaxies (Voie lactée, galaxie d'Andromède, galaxie du Triangle et quelques galaxies naines), c'est une petite collection de galaxies. Ces galaxies sont liées gravitationnellement les unes aux autres dans un superamas appelé le Superamas de la Vierge. Le Superamas de la Vierge appartient à une structure encore plus vaste connue sous le nom de Laniakea, un superamas de superamas.

Comparaison des principaux Grands Murs

Comparaison des principaux Grands Murs de l'Univers
Caractéristique	Grand Mur d'Hercule-Couronne boréale	Huge-LQG	Grand Mur de Sloan	Grand Mur CfA2
Taille (longueur)	~10 milliards d'années-lumière (jusqu'à ~15 milliards selon une réévaluation 2025)	~4,04 milliards d'années-lumière	~1,37 milliard d'années-lumière	~500 millions d'années-lumière
Largeur / Profondeur	~7,2 milliards d'années-lumière	~640 à 370 Mpc	~1,5 milliard d'années-lumière (taille globale)	~300 millions d'années-lumière
Épaisseur	~900 millions d'années-lumière	Non renseignée	~15 millions d'années-lumière	~15 millions d'années-lumière
Distance de la Terre	~10 milliards d'années-lumière	Non renseignée	~1 milliard d'années-lumière	~200 millions d'années-lumière
Année de découverte	2013 (réévalué en 2025)	2013	2003	1989
Type de structure	Filament galactique / Superamas	Amas de quasars (LQG)	Mur de galaxies (non lié gravitationnellement)	Mur de galaxies
Statut	Existence encore débattue	Existence en tant que structure physique débattue	Confirmé, non lié gravitationnellement	Confirmé, non lié gravitationnellement

2024-2025 : de nouvelles structures relancent le débat

L'Anneau géant (Big Ring), un cercle de 1,3 milliard d'années-lumière

En janvier 2024, l'astrophysicienne Alexia Lopez, alors doctorante à l'université de Central Lancashire, et ses collègues ont annoncé la découverte d'une structure surnommée l'Anneau géant (Big Ring). Repérée dans la direction de la constellation du Bouvier, à environ 9,2 milliards d'années-lumière de la Terre, cette structure en forme d'anneau quasi parfait mesure environ 1,3 milliard d'années-lumière de diamètre, pour une circonférence de plus de 4 milliards d'années-lumière. Elle a été identifiée dans les mêmes données que le Grand Arc, une autre structure repérée par la même équipe en 2021 et située dans la même région du ciel, à la même distance.

L'Anneau géant dépasse largement la taille maximale généralement admise pour une structure cosmique liée par la gravité, de l'ordre de 1,2 milliard d'années-lumière selon le modèle cosmologique standard. Sa forme, son alignement avec le Grand Arc et son origine restent inexpliqués ; certains chercheurs évoquent la piste, encore spéculative, des cordes cosmiques, des défauts topologiques hypothétiques dans le tissu de l'espace-temps.

Quipu, la plus grande concentration de masse connue

En février 2025, une équipe dirigée par l'astrophysicien Hans Böhringer (Institut Max-Planck de physique extraterrestre) a annoncé la découverte de Quipu, une superstructure filamentaire de l'Univers proche, nommée d'après les cordelettes à nœuds utilisées par les civilisations andines pour enregistrer des informations. Identifiée grâce au relevé de sondage X CLASSIX, qui cartographie les amas de galaxies par leur émission de rayons X, Quipu s'étend sur environ 1,3 milliard d'années-lumière (plus de 400 mégaparsecs) et concentre une masse estimée à environ 200 millions de milliards (2×10¹⁷) de masses solaires, soit environ 200 000 fois la masse de la Voie lactée.

Avec quatre autres superstructures voisines, Quipu regrouperait à elle seule près de 45 % des amas de galaxies et environ 25 % de la matière du volume local étudié, alors qu'elle n'occupe qu'environ 13 % de l'espace correspondant. Cette concentration extrême de masse peut affecter localement les mesures de la constante de Hubble et laisser une empreinte mesurable sur le fond diffus cosmologique, via l'effet Sachs-Wolfe intégré.

Le principe cosmologique mis à l'épreuve

Le principe cosmologique postule qu'à très grande échelle, l'Univers est homogène et isotrope : la matière devrait y être distribuée de façon relativement uniforme, sans structure dépassant une taille limite d'environ 1,2 milliard d'années-lumière. Le Grand Mur d'Hercule-Couronne boréale, l'Anneau géant et Quipu comptent parmi une liste croissante de structures qui semblent dépasser cette limite théorique. Certains cosmologistes estiment que ces objets ne sont pas des structures physiquement liées et disparaîtront à mesure que l'Univers s'étend ; d'autres y voient un signal qu'il faudrait affiner, voire réviser, le modèle standard ΛCDM. Le débat reste ouvert et alimente une partie active de la recherche en cosmologie observationnelle.

Les nouvelles structures à très grande échelle (2024-2025)
Caractéristique	Anneau géant (Big Ring)	Quipu
Taille	~1,3 milliard d'années-lumière de diamètre	~1,3 milliard d'années-lumière de longueur
Distance de la Terre	~9,2 milliards d'années-lumière	~425 millions à 800 millions d'années-lumière
Constellation	Bouvier	De Pictor à Persée (plusieurs constellations)
Découverte	2024, Alexia Lopez et al.	2025, Hans Böhringer et al.
Particularité	Forme annulaire quasi parfaite, associée au Grand Arc	Plus grande concentration de masse connue de l'Univers proche

Qu'est-ce qu'un Filament ?

Définition d'un filament galactique

En cosmologie, les filaments font partie des plus grandes structures de l'Univers.
Un filament galactique est une structure en forme de fil (à l'échelle de l'Univers), composée de galaxies et/ou d'amas de galaxies, de gaz et de matière noire.
Nous connaissons plusieurs filaments de plusieurs dizaines de mégaparsecs (30 à 300 millions d'années-lumière), le filament de la Chevelure de Bérénice, le filament Persée-Pégase, le filament de la Grande Ourse, le filament Lynx-Grande Ourse, le filament du Laniakea, le filament du Centaure, le filament de la Vierge…

Les filaments cosmiques connus

Laniakea, notre superamas de galaxies qui intègre notre Groupe local et donc la Voie lactée, n'est pas spécifiquement associé à un unique filament cosmique majeur. Il est délimité par des structures filamenteuses importantes et il est connecté à d'autres superamas par ces filaments cosmiques.

N.B. :
Un mégaparsec (Mpc) équivaut à un million de parsecs. Un parsec est environ égal à 3,26 années-lumière, et un mégaparsec est donc équivalent à environ 3 260 000 années-lumière.

Qu'est-ce qu'un complexe de superamas ?

Définition d'un complexe de superamas

Un complexe de superamas est une structure cosmique encore plus vaste que les superamas de galaxies. Les superamas de galaxies sont des concentrations massives de galaxies liées gravitationnellement, et les complexes de superamas sont des assemblages encore plus grands de ces structures à grande échelle.

Laniakea, notre complexe de superamas

En ce qui nous concerne, le complexe de superamas Poissons-Baleine est une vaste structure cosmique qui a été identifiée grâce à des observations du ciel à grande échelle. Il est également connu sous le nom de Laniakea, un terme hawaïen signifiant "immense ciel ouvert". Ce complexe de superamas est d'une importance particulière car il englobe notre propre superamas de galaxies, le Groupe local, dans lequel se trouve la Voie lactée.

Laniakea est gigantesque, s'étendant sur environ 500 millions d'années-lumière. Il regroupe plusieurs superamas de galaxies (Superamas de la Vierge, Superamas du Bouvier, Superamas du Serpent, Superamas de l'Hydre-Centaure, etc.).

Ce qu'il faut retenir

Une structure façonnée par la gravitation

La formation des complexes de superamas, des filaments cosmiques et des Grands Murs est intimement liée aux processus de croissance structurelle de l'univers.
Initialement, au "début" de l'Univers, de petites fluctuations dans la densité de la matière ont été amplifiées au fil du temps par la gravitation, conduisant à la formation de ces différentes structures à grande échelle.

Le rôle clé de la matière noire

La présence de matière noire joue un rôle crucial dans la formation de ces structures, car elle agit comme une sorte de "colle gravitationnelle" qui attire et maintient ensemble la matière ordinaire, telle que le gaz et les galaxies.

Des découvertes qui continuent de bousculer le modèle standard

Les découvertes récentes de l'Anneau géant et de Quipu, ainsi que la réévaluation à la hausse de la taille du Grand Mur d'Hercule-Couronne boréale, montrent que la cartographie de l'Univers à très grande échelle reste un domaine de recherche actif. De futures missions, combinant relevés optiques, rayons X et sursauts gamma, devraient permettre de confirmer ou d'infirmer l'existence physique de ces structures et de préciser les limites du principe cosmologique.

Références

FAQ : Tout savoir sur les grands murs et les filaments cosmiques

Qu'est-ce qu'un Grand Mur en cosmologie ?

Un Grand Mur est l'une des plus vastes structures de l'Univers. Il s'agit d'une immense conglomération de superamas de galaxies, de groupes de galaxies et de filaments, reliés par la force gravitationnelle. Les Grands Murs peuvent s'étendre sur plusieurs centaines de millions, voire plusieurs milliards d'années-lumière. Le Grand Mur d'Hercule-Couronne boréale, découvert en 2013, mesure ainsi environ 10 milliards d'années-lumière, une estimation qu'une réévaluation de 2025 porte jusqu'à environ 15 milliards d'années-lumière.

Comment se forment les filaments cosmiques ?

Les filaments cosmiques résultent de l'amplification gravitationnelle de minuscules fluctuations de densité présentes dans l'Univers primordial, juste après le Big Bang. Au fil du temps, la gravitation a attiré la matière ordinaire le long de ces surdensités, formant des structures filamenteuses. La matière noire joue un rôle déterminant dans ce processus : elle constitue l'échafaudage sur lequel le gaz et les galaxies viennent se loger.

Quelle est la taille du Grand Mur d'Hercule-Couronne boréale ?

Le Grand Mur d'Hercule-Couronne boréale est l'une des plus grandes structures candidates de l'Univers observable. Il s'étend sur environ 10 milliards d'années-lumière, soit plus de 10 % du diamètre de l'univers observable, une réévaluation de 2025 suggérant même une taille pouvant atteindre 15 milliards d'années-lumière. Il a été identifié en 2013 par une équipe de chercheurs dirigée par István Horváth, à partir de données du Sloan Digital Sky Survey ; son existence en tant que structure physique réelle continue toutefois de faire débat.

Qu'est-ce que la toile cosmique ?

La toile cosmique désigne la structure à grande échelle de l'Univers, comparable à un immense réseau tridimensionnel. Elle est composée de filaments et de murs où se concentrent les galaxies, séparés par d'immenses vides cosmiques pratiquement dépourvus de matière visible. Cette organisation résulte de l'action de la gravitation sur la matière noire et la matière ordinaire depuis le Big Bang.

Quel rôle joue la matière noire dans ces structures ?

La matière noire, qui représente environ 85 % de la matière de l'Univers, agit comme une véritable "colle gravitationnelle". Invisible directement, elle est détectée par ses effets gravitationnels sur la matière visible. C'est elle qui, la première, s'est effondrée sous l'effet de la gravité pour former les filaments et les amas, entraînant ensuite le gaz et les galaxies. Sans matière noire, les grandes structures observées n'auraient pas pu se former.

Qu'est-ce que l'Anneau géant et Quipu, et pourquoi posent-ils problème ?

L'Anneau géant (Big Ring, découvert en 2024) et Quipu (découvert en 2025) sont deux structures récemment identifiées dont la taille, d'environ 1,3 milliard d'années-lumière chacune, dépasse la limite théorique généralement admise pour une structure cosmique gravitationnellement liée. Leur existence relance le débat sur le principe cosmologique, qui postule que l'Univers est homogène et isotrope à très grande échelle.

Pourquoi étudier les grandes structures de l'Univers ?

L'étude des grandes structures permet de tester les modèles cosmologiques, notamment le modèle de concordance ΛCDM, qui décrit un Univers dominé par la matière noire et l'énergie noire. Elle renseigne également sur la nature de la matière noire, sur l'histoire de l'expansion cosmique et sur le destin de l'Univers. Enfin, ces structures constituent des laboratoires uniques pour étudier la physique de la gravitation à très grande échelle.