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Fin , Le Groupe Ouest révèle sa sélection annuelle des jeunes réalisateurs et leur projet de premier long métrage, dont Jonathan Millet qui se penche sur Les Fantômes, un film d'espionnage[2]. Ce film est soutenu au développement et produit par Pauline Seigland pour la société Films Grand Huit, ayant déjà travaillé avec lui sur le court métrage Et toujours nous marcherons (2017), avouant, en octobre, que « cette idée d’un film d’espionnage avec des personnages qui seraient des espions improvisés, dont ce ne serait pas le métier. Cet élément m’a semblé très intéressant car c’est un peu une réinvention du genre en allant vers quelque chose de plus intimiste »[3]. Le scénario est signé Jonathan Millet et Florence Rochat, à partir des faits réels[3]« sur des récits précis et les témoignages de membres de groupes secrets qui traquent en Europe les criminels de guerre syriens[6] », précise le réalisateur. À l'origine, il comptait en faire un documentaire, puis au bout de ses recherches, il découvre « de réseaux souterrains, de chasseurs de preuves, de groupes qui traquent en Europe pendant des mois les criminels de guerre. Je sens qu’il y a là quelque chose de fort qui m'emporte immédiatement. Cette découverte est concomitante avec la parution, en , dans Libération de deux articles sur la cellule Yaqaza et la traque du « chimiste » en Allemagne. À partir de cet instant, je veux remonter ce fil, sentant soudain que tout mon travail documentaire en amont va pouvoir prendre corps sur un récit en mouvement[7]. ».
Durant l'interview avec le CNC, en , une question s'est posée : « Qui sont ces « fantômes » ? » et Jonathan Millet répond : « Mon projet était de réaliser un film sur l’invisible, à commencer par l’intériorité d’Hamid, ses traumas, son corps en mouvement… L’invisible représente aussi ces groupes secrets dont personne n’a jamais entendu parler ainsi que ces criminels de guerre pourchassés qui n’ont pas de visage. Le pluriel me permet aussi d’inclure tous les exilés de manière générale, ceux que l’on croise sans les voir[6]. ».
Dans un entretien avec Le Film français ayant lieu au Festival de Cannes, Jonathan Millet raconte que « le casting a duré plus d’un an », rencontrant des comédiens arabophones dans plus de quinze pays[12].
Pendant le tournage, l'équipe a rencontré « quelques difficultés inhérentes »[12] du fait qu'Adam Bessa, Tawfeek Barhom et Julia Franz Richter ne connaissaient pas l'arabe syrien sur laquelle ils ont beaucoup travaillé[18].
Après la projection du film au Festival de Cannes, Margaux Baralon du magazine Trois couleurs souligne que « Jonathan Millet embrasse pour la première fois la fiction et le fait totalement. (…) Les Fantômes impressionne par son rythme d’une implacable précision, cette oscillation permanente entre le doute, l’opaque, et la sortie du brouillard[24]. ». Clarisse Fabre du journal Le Monde assure que « Jonathan Millet ne dévie jamais de sa route : son film d'espionnage ne cède ni au drame ni à la romance, quand bien même Hamid noue des relations. (…) ici la fiction sculpte une terreur invisible, qui ne fait qu’envahir, plan après plan, l’imaginaire du spectateur[25]. ».