Département d'Ingénierie des Systèmes

En cosmologie, la gravitation intervient sur deux plans : elle détermine la dynamique de l'Univers dans son ensemble (c'est le modèle du Big Bang), puis au sein de cette évolution globale, elle sculpte les structures cosmiques qui naissent par effondrement hiérarchiques de petites fluctuations primordiales.

Le modèle du Big Bang

C'est la théorie la plus vraisemblable de l'évolution de l'univers dans son ensemble. Fruit de la Relativité Générale d'Einstein, elle décrit un univers homogène, isotrope et en expansion. Cette théorie est décrite par les paramètres cosmologiques, à savoir W, le paramètre de densité, H₀, la constante de Hubble et L, la constante cosmologique. Ces paramètres sont assez mal connus. Les estimations actuelles sont 0.1 < W < 2 ; 50 < H₀ < 100 km s^-1 Mpc^-1 et L = 0.

Les scénarios hiérarchiques

Une fois que l'on a choisi son modèle cosmologique favori, il reste à décrire l'évolution dynamique des fluctuations de densité. Les théories standards considère l'existence de petites perturbations primordiales du champ de densité cosmique, qui croissent sous l'effet de leur gravité. Comme ces fluctuations sont de faibles amplitudes et de petites tailles par rapport à l'échelle de l'univers, appelée l'horizon des événements, il est possible de décrire le système à l'aide de la théorie classique de la gravitation, à savoir la gravitation Newtonienne.

Un ingrédient fondamental demeure : quelles sont les conditions initiales qui décrivent au mieux ces perturbations primordiales ? Il existe plusieurs modèles concurrents visant à rendre compte des observations de l'univers actuel. Chaque modèle propose une théorie différente sur la nature de la matière qui compose notre univers et sur la chronologie des événements qui ont mené à sa création. L'expérience européenne Planck Surveyor vise à déterminer lequel de ces modèles décrit le mieux l'univers dans lequel nous vivons.

Une fois que les conditions initiales ont été choisies, il ne reste plus qu'à étudier la formation des structures cosmiques qui apparaissent dans tel ou tel scénario. Voici par exemple le champ de densité à grande échelle obtenu dans trois scénarios cosmologiques différents (simulation numérique sur Cray C90).