La propagation d'une impulsion térawatt ultra-brµeve dans l'atmosphère peut s'accompagner du phénomène de filamentation. La lumière se trouve alors auto-guidée dans des plasmas appelés filaments dont le diamètre est de l'ordre de 100 µm et la longueur peut s'étendre jusqu'à quelques centaines de mètres. De plus, le spectre initial de l'impulsion est considérablement élargi. Ces propriétés ouvrent la possibilité d'améliorer la technique LIDAR et de contrôler la foudre. Nous avons montré que les filaments survivent à la propagation dans une turbulence forte et peuvent se développer sous une pression atmosphérique réduite et sous la pluie. Pour la première fois, la lumière blanche genérée par une impulsion ultra-brève, multi-térawatt a été détectée à une altitude de 20 km.<br />En collaberation avec des installations haute-tension, nous avons déterminé la durée de vie du plasma du filament et la longueur sur laquelle il est possible de guider des décharges électriques. Nous avons pu augmenter l'efficacité de déclenchement avec une configuration à double impulsion. Enfin, nous avons montré que le déclenchement et le guidage sont possibles sous une pluie artificielle.<br />Ces résultats se sont révélés très encourageants en vue d'expériences LIDAR à lumière blanche et du contrôle de la foudre.

Pour un grand nombre d'applications, les sources laser impulsionnelles femtoseconde (fs) doivent fournir des puissances toujours plus importantes. En régime impulsionnel, on recherche d'une part une forte puissance crête par impulsion, et d'autre part une forte puissance moyenne, c'est à dire un taux de répétition élevé. Parmi les technologies existantes, les amplificateurs à fibre optique dopée ytterbium présentent de nombreux avantages pour l'obtention de fortes puissances moyennes, cependant le fort confinement des faisceaux dans la fibre sur de grandes longueurs d'interaction induit inévitablement des effets non-linéaires, et limite ainsi la puissance crête accessible. Nous avons étudié lors de cette thèse la combinaison cohérente d'impulsions fs appliquée aux systèmes fibrés. Ayant déjà fait ses preuves dans les régimes d'amplification continu et nanoseconde, la combinaison cohérente de faisceaux (dite combinaison spatiale) permet de diviser une seule et unique source en N voies indépendantes, disposées en parallèle et incluant chacune un amplificateur. Les faisceaux amplifiés sont ensuite recombinés en espace libre en un seul et unique faisceau, qui contient toute la puissance des N amplificateurs sans accumuler les effets non-linéaires. Cette architecture permet théoriquement de monter d'un facteur N le niveau de puissance crête issu des systèmes d'amplification fibrés. Au cours de cette thèse, nous avons démontré la compatibilité et l'efficacité de cette méthode en régime d'amplification fs avec deux amplificateurs, selon différents procédés. Les expériences démontrent d'excellentes efficacités de combinaison ainsi qu'une très bonne préservation des caractéristiques temporelles et spatiales initiales de la source. Les procédés de combinaison cohérente nécessitent cependant un accord de phase entre différents amplificateurs stable dans le temps, assuré en premier lieu par une boucle de rétroaction. Nous avons poursuivi notre étude en concevant une architecture totalement passive, permettant une implémentation plus simple d'un système de combinaison à deux faisceaux sans asservissement électronique. Enfin, une méthode passive de combinaison cohérente dans le domaine temporel est étudiée et caractérisée dans le domaine fs, et implémentée simultanément avec la méthode passive de combinaison spatiale proposée précédemment. Ces expériences démontrent la validité et la variété des concepts proposés, ainsi que leurs nombreuses perspectives pour les systèmes d'amplification fs fibrés.