Un matin à Paris, alors qu’il ouvre sa librairie, Laurent Letellier découvre dans la rue un sac à main abandonné. Curieux, il en fait l’inventaire et découvre, faute de papiers d’identité, une foule d’objets personnels : photos, parfum… et un carnet rouge rempli de notes. Désireux de retrouver la propriétaire du sac, Laurent s’improvise détective. A mesure qu’il déchiffre les pages du carnet contenant les pensées intimes de l’inconnue, le jeu de piste se mue progressivement en une quête amoureuse qui va chambouler leurs vies.

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