Un grand nombre d'expériences récentes nous ont révélé que l'Univers, à l'échelle cosmologique, a une composition tout à fait inattendue. Nous savons maintenant que la matière ordinaire observée tous les jours dans les laboratoires (atomes, électrons, protons, ...) ne constitue que 5% de la densité d'énergie de l'Univers. Environ 27% de cette densité est constituée par une nouvelle forme de matière, la matière noire, laquelle n’a toujours pas été détectée à ce jour. S’agit-il d’une forme de matière normale qui aurait échappé jusqu’ici aux mesures des chercheurs ? Et ce n’est pas là le seul grand mystère qui entoure notre Univers. Il existerait aussi une forme d’énergie étrange, appelée énergie sombre, et qui compterait pour 68% de l’énergie contenue dans notre Univers. C’est elle qui serait capable de donner la réponse à la force de gravité et de réserver à notre Univers un avenir en perpétuelle expansion. Mais il reste encore à l’identifier formellement.

Depuis sa formulation il y a 100 ans, la théorie de la Relativité Générale a notamment réussi à montrer qu’elle permet de décrire la force de la gravité sur de petites distances tel que le micromètre ainsi que sur des distances cosmologiques de millions d'années lumières. Néanmoins, pour unifier la gravité avec les autres forces de la nature qui ont toutes été décrites au niveau quantique, on s'attend à ce que la théorie de la Relativité Générale soit elle-aussi modifiée à l’échelle de ces distances infimes. C’est là l’objet de la théorie de la gravitation à l’échelle quantique qui reste à ce jour en chantier. Une autre question reste également sans réponse, celle de savoir si la relativité générale garde toute sa pertinence aux très grandes échelles, celles de notre Univers. Ces mystères sont probablement suspendus à la découverte du graviton, une particule pour l’instant théorique que l’on soupçonne d’être le messager quantique de la force de gravité.

Les prédictions de la Relativité Générale ont désormais été vérifiées avec précision dans de multiples situations, ce qui a permis d’établir de fortes contraintes sur toutes sortes de théories alternatives. Néanmoins, cette magnifique révolution de la physique moderne n’est sans doute qu’une approximation d’une théorie plus complète. Les théoriciens cherchent en effet à faire lien entre la relativité générale qui traite plutôt du cosmos et de l’infiniment grand, et la physique quantique qui parle des particules élémentaires et de l’infiniment petit. Si des progrès indiscutables ont été réalisés ces dernières années, cet objectif d’une théorie unifiée paraît encore assez lointain.. Trouver cette synthèse fondamentale et la confirmer expérimentalement sera sûrement l’un des grands défis de la physique du 21e siècle.