Les simulations de dynamique moléculaire sont un outil pertinent pour apporter une compréhension et interprétation fines des expériences de spectroscopie vibrationnelle. Compte tenu de la taille des systèmes bio-moléculaires étudiés expérimentalement, il faut avoir recours à des simulations de dynamique moléculaire classique, c'est-à-dire qui reposent sur des champs de forces classiques. Cette thèse s'inscrit dans le cadre du développement d'un champ de forces classique, spécifiquement dédié aux calculs de spectroscopie infrarouge de bio-molécules. Nous y développons la partie électrostatique de ce champ de forces. La force et l'originalité de ce travail résident d'une part, sur un ajustement des paramètres à partir de dynamiques moléculaires ab initio de type Car-Parrinello, et d'autre part, sur l'utilisation d'un modèle électrostatique de charges variant avec les coordonnées internes moléculaires. Notre méthode est appliquée avec succès sur des polypeptides d'Alanine. Elle permet de reproduire les spectres de référence dans la zone 1000-2000 cm-1 qui correspond aux modes Amide I, II et III, qui sont spécifiquement employés pour caractériser les structures des peptides et protéines. Nous nous limitons à cette zone spectrale dans ce travail. / Molecular dynamics simulations is the proper tool giving a precise interpretation and comprehension of vibrational spectroscopy experiments. As our interests lie in the vibrational spectroscopy of biomolecules, classical molecular dynamics simulations should be performed, thus relying on empirical classical force fields. This thesis is thus dedicated to the development of a biomolecular classical force field specifically to be used in the context of vibrational infrared spectroscopy. To that end, we have developed an electrostatic model, in which the parameters are fitted from ab initio Car-Parrinello molecular dynamics simulations, which is the strength of the present developments. We have more specifically developed an electrostatic fluctuating charge model in which the charges linearly fluctuate with the molecular internal coordinates. Our method has been applied on Alanine polypeptides, and is shown to reproduce the ab initio reference spectra in the 1000-2000 cm-1 spectral domain which is characteristic of the Amide I, II and III modes of peptides and proteins.

La filamentation dans l'atmosphère est devenue un sujet de recherche des plus attrayants à cause de ses applications possibles à la télédétection de polluants, au contrôle de la foudre, à la génération d'impulsion laser de quelques cycles et à la génération de terahertz à distance. La filamentation d'une impulsion laser femtoseconde intense induit non seulement une transformation significative dans le profil spatio-temporel de l'impulsion laser, mais elle brise en plus la centro-symétrie du milieu de propagation. Le mécanisme physique derrière la filamentation est donc complexe. Plusieurs processus non linéaires intéressants se produisent simultanément au cœur du filament. L'objectif de cette thèse est d'étudier les effets principaux non linéaires qui surviennent pendant la filamentation d'une impulsion laser femtoseconde intense dans l'air. Les impulsions laser utilisées dans ces expériences proviennent d'une chaîne laser Ti : saphir commerciale. L'évolution complète d'un filament dans l'air est systématiquement étudiée. L'émission de fluorescence du filament, son diamètre et son contenu spectral sont mesurés. Nous montrons qu'un filament peut être vu comme une colonne « auto-guidée » avec deux sections d'ionisation: une première où l'ionisation est efficace suivie par une seconde, faiblement ionisée. Le diamètre du cœur du filament demeure quant à lui presque constant. L' « auto-conversion » vers les basses fréquences est observée en fonction de la longueur du filament et elle est causée par la réponse Raman moléculaire. Il est aussi démontré que l'intensité élevée au cœur du filament dans l'air induit une forte biréfringence instantanée due à la modulation de phase croisée d'origine électronique et une forte biréfringence retardée due à la réponse Raman. Cette dernière mène à la génération d'un séparateur de polarisation gazeux ultrarapide sans seuil de dommage ni limitation spectrale. De plus, on observe expérimentalement que l'émission terahertz provenant soit d'un filament à une couleur dans l'air, soit d'un filament à deux couleurs, a une polarisation elliptique. Ceci est attribué au bris de la symétrie de l'air dans le filament. Finalement, nous étudions la polarisation de la radiation terahertz provenant d'un filament soumis à un champ électrique DC. On montre qu'une nouvelle source de terahertz, différente de l'émission terahertz provenant d'un filament à une couleur sans champ externe, est générée en appliquant un champ électrique externe. La polarisation linéaire de cette source de terahertz est parallèle au champ DC. / Filamentation in the atmosphere has become one of the most attractive research topics due to its promising potential applications, such as remote atmospheric pollutants detection, lightning control, few-cycle laser pulse generation and remote terahertz generation, etc. The filamentation process of an intense femtosecond laser pulse not only induces significant transformations in the spatio-temporal profile of the laser pulse but also breaks the centro-symmetry of the propagation medium. Thus, the physical mechanism of the filamentation process is quite complex. Many interesting nonlinear processes take place simultaneously inside the filament core. The aim of this thesis is to investigate key nonlinear processes occurring during the filamentation of intense femtosecond laser pulses in air. The laser pulses used in the experiments are delivered by a commercial Ti-Sapphire femtosecond laser system. A full evolution of a femtosecond laser filament in air is systematically investigated, including the emitted fluorescence signal, the diameter of the filament core and the spectrum of the filament. It is found that a filament could be regarded as a self-guided column with two ionizing sections: one with efficient ionization followed by the other weakly ionized. The diameter of the filament core stays almost constant, and continuous self-frequency down shift in the spectrum is observed as a function of the filament length, which is due to molecular Raman response. It is also demonstrated that the high intensity within the core of an air-filament induced an instantaneous strong birefringence thanks to electronic cross phase modulation and a delayed strong birefringence due to rotational Raman response, the latter leading to the generation of an ultrafast gaseous polarization separator that is free from damage threshold and spectral bandwidth limitation. Moreover, it is experimentally observed that terahertz emission from either a one-color air-filament or a two-color air-filament is elliptically polarized due to symmetry-breaking of air in the filament zone. Finally, we investigated the polarization of the terahertz radiation from a DC-biased filament. It is demonstrated that a new terahertz source, apart from the terahertz emission from a one-color filament without DC-bias, is generated by applying a DC bias to a one-color filament. The linear polarization of this terahertz source is parallel to the DC field.