Sources térahertz intenses produites par des interactions laser-plasma relativistes en présence de champ magnétique

The terahertz (THz) frequency domain is of increasing interest for many applications, including medical imaging, molecular spectroscopy or modifications of condensed matter states. This thesis is devoted to the generation of such radiations by laser-plasma interactions, in which a laser-ionized gas acts as a converter from laser (optical) frequency to lower frequencies. We start by studying photoionization, from which a low-frequency current emitting in the THz frequency range is produced by introducing a second harmonic (or color) in the laser pulse ionizing the gas. Using a simple model, we describe qualitatively and quantitatively the gain in THz energy gain reported when the laser polarization is circular rather than linear. These analytical results are successfully compared with experimental data performed during the thesis. We then study analytically and numerically the Cherenkov wake radiation, through which the laser ponderomotive force excites an electron plasma wave, capable of propagating outside the plasma channel by coupling with a magnetic field orthogonal to the laser propagation axis. In the ultra-relativistic regime with strong magnetization (that is with cyclotron frequency higher than the plasma frequency), unexplored in the past, we achieve record THz amplitudes (> 100 GV/m) and high laser-to-THz energy conversion efficiencies (> 0.1%) by means of particle-in-cell, kinetic numerical simulations. Finally, when the magnetic field is directed parallel to the laser propagation axis, we highlight a novel efficient THz source (conversion efficiency > 0.1%) generating an azimuthally polarized THz field with high amplitude (>30 GV/m).Le domaine des fréquences térahertz (THz) connaît un intérêt croissant pour ses applications nombreuses, incluant l'imagerie médicale, la spectroscopie moléculaire ou encore la modification d'états de la matière condensée. Cette thèse est consacrée à la génération de tels rayonnements par des interactions laser-plasma, dans lesquelles un gaz ionisé par une impulsion laser femtoseconde joue le rôle de convertisseur depuis la fréquence laser (optique) vers les basses fréquences. Nous commençons par étudier la photoionisation, à travers laquelle un courant basse-fréquence émettant dans la gamme THz est produit grâce à l'introduction d'une seconde harmonique (couleur) dans l'impulsion laser ionisant le gaz. A l'aide d'un modèle simple, nous décrivons qualitativement et quantitativement le gain en énergie THz constaté lorsque la polarisation laser est circulaire plutôt que linéaire. Ces résultats analytiques sont comparés avec succès à des données expérimentales obtenues pendant la thèse. Nous examinons ensuite analytiquement et numériquement le rayonnement de sillage Cherenkov, dans lequel la force pondéromotrice laser excite une onde à la fréquence plasma, pouvant être rayonnée hors du plasma par l'introduction d'un champ magnétique orthogonal à l'axe de propagation laser. En régime ultra-relativiste et de forte magnétisation (c'est-à-dire de fréquence cyclotron supérieure à la fréquence plasma électronique), inexploré jusqu'à présent, nous rapportons numériquement à l'aide de simulations particulaires et cinétiques des amplitudes THz record (> 100 GV/m) et de forts taux de conversion en énergie laser-THz (> 0.1%). Enfin, lorsque le champ magnétique est orienté parallèlement à l'axe de propagation laser, nous mettons en évidence une source de rayonnement nouvelle, produisant efficacement (rendement énergétique > 0.1%) un champ THz polarisé azimutalement et de forte amplitude (>30 GV/m)