Les électrons et les protons suprathermiques, issus du soleil et précipitant dans l'atmosphère des hautes latitudes, constituent une source d'énergie de l'ionosphère terrestre. Ces particules interagissent avec le gaz thermique ambiant par collisions. L'équation de Boltzmann, fournissant les flux de particules en altitude, énergie et angle d'attaque, permet une description des plus complètes du transport de ces particules. Nous la redémontrons dans le cas dissipatif, le plus général, et nous proposons une résolution originale des équations de transport des protons et des atomes d 'hydrogène, équations couplées via les réactions de changement de charge. Cette résolution, fondée sur l'introduction de forces dissipatives pour décrire la dégradation énergétique des particules précipitant, permet la prise en compte des redistributions angulaires, d'origine collisionnelle ou magnétique, jusqu'alors négligées. Pourtant, leur effet a été observé, depuis le sol, sur les émissions des atomes d 'hydrogène, comme en témoigne la composante, décalée vers le rouge, du profil Doppler selon le zénith magnétique. La résolution adoptée ici est validée par comparaison avec un autre modèle, dans le cas classique sans redistribution angulaire. L'influence de l'effet de miroir magnétique est discutée: cet effet ne semble pas pouvoir expliquer, à lui seul, le décalage vers le rouge observé. La redistribution angulaire collisionnelle doit jouer un rôle significatif. Enfin, une comparaison de notre modèle avec les données de la fusée Proton 1 est proposée.

Ce manuscrit présente différentes études expérimentales qui s'inscrivent dans le cadre d'une recherche dont l'objectif est la réalisation d'un “laser à atomes” continu et intense. Nous commençons par décrire le dispositif expérimental qui permet de mettre en oeuvre le refroidissement par évaporation forcée d'un jet atomique guidé magnétiquement. Le gain observé, d'un facteur 10, sur la densité dans l'espace des phases est limité par la dynamique collisionnelle du jet.<br />Pour améliorer les performances du refroidissement, il apparaît nécessaire de développer de nouvelles techniques expérimentales. Nous détaillons ainsi une nouvelle méthode d'évaporation très efficace, par mise en contact des atomes du jet avec une surface matérielle.<br />Les autres études menées portent sur la production et la manipulation de nuages atomiques ultra-froids. La première consiste à ralentir des paquets atomiques par réflexion sur un miroir magnétique mobile. La seconde permet la capture et le refroidissement d'une succession de paquets atomiques dans un train de pièges de Ioffe-Pritchard. La dernière technique met en oeuvre un piège dipolaire, produit par un faisceau laser de forte puissance, afin de produire puis de mettre en mouvement des paquets atomiques ultra-froids très denses. Nous présentons enfin un nouveau protocole d'imagerie par absorption donnant accès à des mesures quantitatives et précises des nuages atomiques optiquement épais que nous produisons.

Nous présentons l'étude de la diffraction en incidence rasante d'atomes de rubidium froids sur une onde évanescente. Cette étude a été effectuée en incidence normale, en utilisant une onde évanescente périodique glissante pour simuler l'incidence oblique. En s'appuyant sur un modèle non scalaire utilisant des transitions Raman stimulées entre sous-niveaux Zeeman de l'atome, nous avons expliqué le signe et le nombre des ordres de diffraction observés. Les rôles primordiaux de la polarisation des composantes de l'onde évanescente et de l'état interne initial de l'atome ont également été montrés. De plus, l'étude de l'efficacité de diffraction a révélé une modulation que nous interprétons comme le résultat d'interférences entre plusieurs trajectoires atomiques dans l'onde évanescente. Les calculs utilisant le modèle semi-classique de Landau-Zener (à 2 ou 3 niveaux) ou la résolution numérique de l'équation de Schrödinger (à 2, 3 ou 5 niveaux) ont permis de confirmer la phase et la période des oscillations obtenues, et en particulier leur grande sensibilité à l'interaction de van der Waals entre l'atome et la paroi diélectrique. Nous présentons par ailleurs l'étude d'un miroir pour atomes paramagnétiques constitué d'un réseau de fils parcourus par un courant. La hauteur du potentiel réflecteur associé au champ magnétique du miroir a été mesurée en fonction de l'état interne de l'atome. De plus, en mesurant la distribution angulaire des atomes après rebond, le caractère non-spéculaire de la réflexion a été mis en évidence et interprété par une rugosité du miroir. L'influence de la parité du nombre de fils sur cette rugosité a été démontrée ainsi que celle de la direction du champ magnétique directeur. Cette rugosité a pu être réduite grâce à l'utilisation de fils de compensation.