Prédites en 1916 par Albert Einstein, puis détectées 100 ans plus tard par les collaborations LIGO et VIRGO, les ondes gravitationnelles constituent un outil prometteur pour observer l’univers sur des échelles toujours plus grandes. Cependant, pour accéder à de plus nombreux évènements, une des principales limitations des détecteurs provient du bruit thermique des couches minces composant leurs miroirs, couches minces non cristallines de SiO2 et Ta2O5 dopé TiO2.L’objectif de ce travail est d’étudier l’origine microstructurale du bruit thermique de ces couches en utilisant les spectroscopies vibrationnelles pour, à terme, obtenir des matériaux plus performants. Il a notamment été observé que le bruit thermique diminue lorsque les miroirs sont recuits à faible température. Dans la silice, nous observons une restructuration du matériau lors du recuit qui semble suivre la diminution du bruit thermique. En particulier, un relâchement des contraintes a été constaté. En revanche, dans le Ta2O5, matériau de structure complexe et encore mal connue, l’effet du recuit sur la structure des couches apparaît plus limité, alors que celles-ci cristallisent facilement dès que la température augmente. Pour compléter la connaissance de ce matériau, des mesures in-situ hautes pressions ont été réalisées. Finalement, le rôle du dopage des couches de Ta2O5 par du TiO2 a été exploré / Predicted in 1916 by Einstein, then detected one hundred year later by the VIRGO and LIGO collaborations, the gravitational waves are a promising tool to observe the universe at scales always bigger. However, to detect a larger number of events, one of the main limitation of the detectors originates in the mirrors coatings thermal noise, thin non-crystalline layers composed of SiO2 and TiO2-doped Ta2O5. The aim of this work is to study the micro-structural origin of the layers thermal noise, by using vibrational spectroscopies, in order to, ultimately, process more efficient materials. Studies show a decrease of the thermal noise when the mirrors are annealed at low temperature. In silica, a structural reorganization happens during the annealing, following the evolution of the thermal noise. Notably, a stress relaxation has been observed. However, in Ta2O5, oxide with a complex structure not much studied, the impact of the annealing seems to be more limited, while the structure crystallizes easily as soon as the temperature increases. To complete our knowledge of this structure, in-situ high pressure measurements were conducted. Finally, the TiO2-doping effect of the Ta2O5 structures was studied