Des télescopes tels que Planck, lancé en 2009, nous ont permis de mesurer à un niveau de précision inégalé la composition de l’Univers. Pourtant, la nature de deux de ces composantes, qui représentent plus de 95% du total, nous échappe : que sont la matière noire et l’énergie sombre ? Dans ce cours, nous chercherons à comprendre comment cet apparent paradoxe est possible. Nous étudierons comment les plus grandes découvertes astronomiques sont et seront dues à l’observation d’un phénomène inexpliqué (la matière noire) ou à la prédiction d’un phénomène pas encore observé (les trous noirs). Comment cette interaction entre observations et théorie motive la recherche en astronomie et donne des pistes pour répondre aux grandes questions en suspens de la cosmologie?