Academic literature on the topic 'Accélérateurs laser-plasma'

Pour générer des faisceaux d'électrons à hautes énergies, les accélérateurs conventionnels utilisent des ondes radiofréquences pour accélérer des particules chargées à des vitesses relativistes. Cependant, le champ électrique accélérateur produit est limité à quelques dizaines de mégavolts par mètre, dû notamment à un phénomène de claquage. Il faut donc des installations de très grande taille pour atteindre des énergies suffisamment élevées. Ainsi, l'accélérateur linéaire de Stanford (SLAC), qui est l'accélérateur linéaire le plus long au monde, accélère des électrons jusqu'à 50GeV sur 3.2km. Les accélérateurs laser-plasma peuvent produire des champs électriques dépassant 100 GV/m, soit environ trois ordres de grandeur plus grands que ceux obtenus par les accélérateurs à cavités radiofréquences. Ils pourraient ainsi permettre une diminution drastique de la taille des accélérateurs pour des applications scientifiques, médicales et industrielles. Cependant, plusieurs verrous devront être levés avant que ces applications puissent voir le jour. Il sera notamment nécessaire de démontrer la production efficace de faisceaux d'électrons de haute qualité, à des énergies de plusieurs GeV et à un taux de répétition élevé.Le projet doctoral s’attaque à cette problématique en explorant de nouvelles méthodes pour augmenter l'énergie des faisceaux d'électrons grâce à des techniques qui sont compatibles avec des puissances laser et des taux de répétition élevés et qui peuvent être alliées avec des méthodes d'injection contrôlée. En effet, des faisceaux d'électrons à haute énergie ou avec une injection contrôlée ont été obtenus séparément durant les quinze dernières années, mais jamais de manière combinée. Cette thèse présente les travaux réalisés sur les techniques de guidage ainsi que sur celles d'injection des électrons qui ont permis d'obtenir expérimentalement des faisceaux de bonne qualité à hautes énergies. Ce travail s'est fait notamment au travers de l'optimisation d'une optique nouvellement conçue au Laboratoire d'Optique Appliquée, l'axiparabole, ainsi que sur le développement de jets de gaz spécifiques à l'accélération laser-plasma
To generate high energy electron beams, conventional accelerators use radio frequency waves to accelerate charged particles to relativistic speeds. However, the accelerating electric field produced is limited to a few tens of megavolts per metre, mainly due to a breakdown phenomenon. Very large facilities are therefore needed to reach sufficiently high energies. For example, the Stanford Linear Accelerator (SLAC), which is the world's longest linear accelerator, accelerates electrons up to 50 GeV over a distance of 3.2 km. Laser-Plasma Accelerators can produce electric fields exceeding 100 GV/m, that are about three orders of magnitude larger than those obtained by radiofrequency-cavity accelerators. They could thus allow for a drastic decrease of the size of accelerators for scientific, medical and industrial applications. Yet, several bottlenecks have to be solved before these applications can be really implemented. It is notably necessary to demonstrate the efficient production of high-quality, multi-GeV electron beams at a high-repetition rate.The doctoral project tackles this problem by exploring new methods for increasing the energy of the electron beams thanks to techniques that are compatibles with arbitrarily high laser powers and repetition rates and that can be combined with controlled injection methods. Indeed, high energy or controlled injection electron beams have been obtained separately during the last fifteen years, but never combined. This thesis presents the work carried out on the guiding techniques as well as on the electron injection techniques which allowed to obtain experimentally good quality beams at high energies. This work was done in particular through the optimisation of a new optic designed at the Laboratoire d'Optique Appliquée, the axiparabola, as well as the development of gas jets specific to laser-plasma acceleration

Lors de l'interaction relativiste entre une impulsion laser brève et intense et un plasma sous-dense, des électrons peuvent être injectés et accélérés jusqu'à plusieurs centaines de MeV dans une structure accélératrice se formant dans le sillage de l'impulsion laser : c'est l'accélérateur laser-plasma. Une des applications majeures de ces accélérateurs réside dans le développement de sources compactes de faisceaux de rayonnement X femtoseconde. Au cours de cette thèse, deux sources de rayonnement X ont été étudiées et développées. Le rayonnement bétatron, intrinsèque à l'accélérateur laser-plasma, provient des oscillations transverses des électrons au cours de leur accélération. Sa caractérisation par comptage de photons a montré que le faisceau X contenait un total de 10^9 photons, avec des énergies pouvant être supérieures à 10 keV. Nous avons également développé une source Compton tout optique produisant des photons de quelques centaines de keV, basée sur la collision entre un faisceau de photons et un faisceau d'électrons. Le potentiel de ces sources de rayonnement a été mis en évidence en réalisant l'imagerie par contraste de phase mono-coup d'un échantillon biologique. Nous avons ensuite montré que l'émission X bétatron est un outil expérimental très puissant pour étudier la physique sous-jacente à l'accélération laser-plasma. On peut tout d'abord réaliser la cartographie de la région d'émission, ce qui donne des informations inédites, permettant par exemple de localiser l'endroit où sont injectés les électrons. Les propriétés angulaires et spectrales du rayonnement X permettent également d'avoir des informations sur la dynamique transverse des électrons au cours de leur accélération
During the relativistic interaction between a short and intense laser pulse and an underdense plasma, electrons can be injected and accelerated up to hundreds of MeV in an accelerating structure formed in the wake of the pulse: this is the so-called laser-plasma accelerator. One of the major perspectives for laser-plasma accelerators resides in the realization of compact sources of femtosecond x-ray beams. In this thesis, two x-ray sources was studied and developed. The betatron radiation, intrinsic to laser-plasma accelerators, comes from the transverse oscillations of electrons during their acceleration. Its characterization by photon counting revealed an x-ray beam containing 10^9 photons, with energies extending above 10 keV. We also developed an all-optical Compton source producing photons with energies up to hundreds of keV, based on the collision between a photon beam and an electron beam. The potential of these x-ray sources was highlighted by the realization of single shot phase contrast imaging of a biological sample. Then, we showed that the betatron x-ray radiation can be a powerful tool to study the physics of laser-plasma acceleration. We demonstrated the possibility to map the x-ray emission region, which gives a unique insight into the interaction, permitting us for example to locate the region where electrons are injected. The x-ray angular and spectral properties allow us to gain information on the transverse dynamics of electrons during their acceleration

L'interaction d'un laser ultra-intense et ultra-court avec la matière donne naissance à une grande variété de processus issus du couplage des ondes électromagnétiques associées au laser avec les modes du plasma. Ce couplage hautement non-linéaire excite des phénomènes plasmas collectifs capables de produire des champs intenses pouvant atteindre le TV/m. Ces champs ouvrent la possibilité de réaliser des accélérateurs de particules compacts, aussi bien d'électrons que d'ions. Des sources laser-plasma d'ions de plusieurs dizaines de MeV ont été démontré au début des années 2000 et de nombreux mécanismes ont été suggérés depuis afin d'en améliorer les propriétés. Historiquement, les sources d'ions par laser ont été obtenues à partir de cibles solides dîtes sur-denses. L’innovation sur les cibles a été un moteur majeur de l’amélioration de ces sources. Dans la continuité de cette dynamique, l’utilisation de cibles gazeuses a été proposé afin d’alléger les contraintes de contraste laser et de taux de répétition. De récentes démonstrations expérimentales sont venus renforcer l’intérêt pour ces cibles, dîtes sous-denses ou proche critiques, dont la valeur est propice à la propagation, à l’absorption du laser et à la création de structures accélératrices que sont les chocs plasmas et les vortex magnétiques. Les travaux présentés dans cette thèse constituent une exploration expérimentale des paramètres plasmas nécessaires à l’accélération d’ions dans des cibles gazeuses de densité proche-critique. Pour la première fois ces régimes sont explorés avec un laser ultra-intense femtoseconde de 150TW. Une partie des travaux a été consacrée à la réalisation d’une cible innovante, adaptée aux contraintes de densité et de gradients plasma requises par ces régimes. Suivent, les travaux expérimentaux décrivant la propagation du laser et l’accélération d’électrons dans des cibles proche-critiques. Enfin une dernière partie décrit la production d’un faisceau d’atome issue d’une source d’ion laser
Interaction of ultra-intense, ultra-short laser with matter gives rise to a wealth of phenomena, due to the coupling between the electromagnetic field and the plasma. The non-linear coupling excites collective plasma processes able to sustain intense electric fields up to 1TV/m. This property spurred early interest in laser accelerator as compact, next-generation source of accelerated electrons and ions. Laser-driven ion source of several MeV was demonstrated in early 2000 an various mechanisms had been suggest to improve the their properties. These first ion sources have been obtained on solid targets, called “overdense”. Target innovation has driven the improvement of these sources. In the continuity of this dynamic, new gaseous targets had been proposed in order to relax the constraints that solid targets impose on laser contrast and repetition rate. Recent experimental demonstrations of monoenergetic ion acceleration in gas renew the interest in such targets, called under-dense or near-critical because of their intermediate densities. At near-critical density the laser can propagate, but undergoes significant absorbtion, giving rise to the accelerating structures of plasma shocks and magnetic vortex.The work presented in this thesis is an experimental exploration of the plasma conditions required to drive ion acceleration in gaseous near-critical target. For the first time, these regimes are explored with an ultra-intense, femtosecond laser of 150TW. A part of this work has been dedicated to the design of an innovative gas target, suited for plasma density and gradient constraints set by these regimes. Then the experimental works describe laser propagation and electron acceleration in near-critical targets. Finally the last part report the efficient production of an atomic beam from a laser-driven ion source

La production de faisceaux énergétiques d'ions/protons avec des impulsions laser à intensités relativistes (I>10^{18}W/cm^2) a reçu, au cours des dernières années, un intérêt croissant parmi les scientifiques travaillant dans les domaines de l'optique, de la physique des plasmas et des accélérateurs. Une fraction des électrons est chauffée à haute température lors de l'interaction entre une impulsion laser femtoseconde et un plasma surdense. Les ions et les protons sont extraits et accélérés par la séparation de charge qui est produite pendant l'expansion du plasma. Les résultats présentés dans ce manuscrit décrivent la réalisation d'expériences d'accélération d'ions avec un système laser à haute puissance et à haut contraste (XPW). Deux expériences préparatoires sont réalisées, afin d'étudier l'interaction entre le piédestal d'une impulsion laser et une cible. L'expansion d'un plasma créé par laser à intensité moyenne est mesurée par interférométrie; l'évolution de la longueur de son gradient de densité est déduite par les cartes de densité électronique, mesurées à différents instants. La variation de la réflectivité absolue d'une cible mince d'aluminium est mise en corrélation avec la température électronique afin de contrôler le débouché du choc produit par le laser. La corrélation entre les deux expériences est finalement utilisée pour définir le conditions optimales pour l'accélération des protons. Des expériences d'accélération de protons avec un laser à haut contraste, la construction et la validation d'un spectromètre (Galette a Micro-canaux et Parabole Thomson), ainsi que des autres détails sur le montage sont présentés. Les résultats ainsi obtenus montrent que l'amélioration du contraste permet d'utiliser des cibles plus minces et de produire des conditions d'interaction plus stables et contrôlables. Des faisceaux des protons ayant énergie cinétique supérieure à 4MeV sont produits, avec une stabilité tir à tir meilleure de 4% rms. L'accélération des protons avec deux impulsions laser confirme que l'absorption d'énergie laser est augmentée dans le cas des cibles pre-chauffées par une impulsion laser avec les bons paramètres
The production of energetic proton/ion beams with laser pulses at relativistic intensities (I>10^{18}W/cm^2) has received, in the past few years, increasing interest from the scientific community in plasma, optics and accelerator physics. A fraction of electrons is heated to high temperature during the ultrafast interaction between a femtosecond laser pulse and an overdense plasma. Ions and protons are extracted and accelerated by the charge separation set up during the expansion of the plasma. The results presented in this manuscript report on the realization of ion acceleration experiments using a high contrast (XPW) multi-terawatt laser system. Two preparatory experiments are set up, aiming to study the pedestal of a laser pulse interacting with the target. The expansion of a plasma created by a laser at moderate intensity is measured by interferometry; the evolution of the density gradient length is deduced from the electron density maps at different moments. The variation of the absolute reflectivity of a thin aluminium foil is correlated to the electron temperature and is used to monitor the arrival time of the laser produced shock. The crossing between the two experiments is finally used to define the optimum condition for proton acceleration. Proton acceleration experiments with high contrast laser are reported, including the construction and the validation of a real-time, single shot ion spectrometer (Micro-channel Plate and Thomson Parabola), and other details of the realised setup. The obtained results show that the increased contrast enables the use of thinner targets and the production of more stable and controllable interaction conditions. Proton beams with kinetic energy higher than 4 MeV are produced, with a shot-to-shot stability better than 4% rms. Proton acceleration experiment with two laser beams confirms that the laser energy absorption is enhanced when the target is pre-heated by a laser pulse with proper parameters

Les récents progrès en termes de techniques d’accélération par interaction Laser Plasma (LPA) permettent aujourd’hui de générer de forts gradients accélérateurs (GV.m⁻¹); cependant, les faisceaux d’électrons ainsi produits présentent encore une grande dispersion énergie (%) et une divergence élevée (mrad). Le projet COXINEL (ERC Advanced Grant 350014, PI. M.E. Couprie), vise à qualifier, en remplacement d’un accélérateur conventionnel, un accélérateur Laser Plasma, dans le but d’une application de Laser à Électrons Libres. Pour atteindre les propriétés requises, le faisceau d’électrons doit être manipulé à l’aide d’une ligne de transport. Cette ligne est constituée d’un premier triplet de quadrupôles à aimants permanents de gradient variable qui focalise le faisceau et permet la maîtrise de la divergence initiale. Une chicane électromagnétique réduit ensuite la dispersion en énergie par tranche en allongeant longitudinalement le faisceau. Une gamme d’énergie restreinte peut être ensuite sélectionnée via l’insertion d’une fente dans la chicane. Enfin, un quadruplet de quadrupôles électromagnétiques fournit la focalisation finale dans un onduleur. Le travail de thèse porte sur l’étude du transport des faisceaux d’électrons produit par LPA le long de cette ligne. Différents régimes de production d’électrons ont été utilisés : injection par ionisation, cellule de gaz. La maîtrise du transport a été obtenue à l’aide d’une nouvelle méthode d’alignement et de compensation de dérive de pointé initial des électrons en réglant de manière indépendante la position et la dispersion du faisceau à différents endroits de la ligne. Un réglage fin de l’énergie transportée a été effectué en ajustant le gradient des quadrupôles. Les faisceaux produits ont été transportés le long de la ligne et caractérisés en termes de distribution transverse, d’émittance et d’énergie. Les résultats expérimentaux ont ensuite été comparés avec succès aux simulations numériques. Ce travail ouvre la voie à l’observation de rayonnement de l’onduleur, étape préliminaire à une amplification Laser à Électrons Libres
Recent advances in Laser Plasma Acceleration techniques (LPA) are now able to generate strong accelerating gradients (GV.m⁻¹); however the produced electron beam thus still presents a large energy spread (%) and a large divergence (mrad). The COXINEL project (ERC Advanced Grant 350014, PI. M.E. Couprie), aims at qualifying, in replacement of a conventional accelerator, a Laser Plasma Accelerator, for a Free Electrons Laser application. To achieve the required properties, the electron beam must be manipulated using a transport line. This line consists in a first triplet of permanent magnets quadrupoles of variable gradient which focuses the beam and allows for the control of the initial divergence. An electromagnetic chicane then reduces the slice energy spread by lengthening the beam longitudinally. A restricted energy range can then be selected by inserting a slit inside the chicane. Finally, a quadruple of electromagnetic quadrupoles provides the final focus in an undulator. The thesis deals on the study of electron beam transport produced by LPA along this line. Different electron production regimes have been used: ionization injection, gas cell. The transport was controlled using a new alignment and pointing compensation method for the initial electron beam by adjusting independently the beam position and dispersion at different location on the line. A fine adjustment of the transported energy was carried out by adjusting the quadrupole gradient. The produced beam was transported along the line and was characterized in terms of transverse distribution, emittance and energy. Experimental results were then successfully compared with numerical simulations. This work paves the way for the observation of undulator radiation, a preliminary step before Free Electron Laser amplification

L'accélération laser plasma (ALP) est le produit de l'interaction non linéaire entre un faisceau laser intense (≈10¹⁸ W/cm²) et une cible gazeuse. Sous certaines conditions, l’onde plasma générée peut piéger et accélérer des électrons jusqu’à des énergies très importantes grâce à des champs accélérateurs élevés (≈ 50 GV/m). Ce processus très prometteur fait l'objet de nombreux travaux au sein de la communauté, qui, après avoir identifié les mécanismes de base, cherche aujourd’hui à améliorer les propriétés de la source (énergie, divergence, reproductibilité...).Les applications de ces faisceaux d'électrons issus de sources ultra-compactes sont variées. Parmi celles-ci, la physique des hautes énergies pour laquelle a été conçu le schéma d'accélération multi-étages. Il s’agit d’un concept basé sur la succession d’étages accélérateurs pour répondre à la problématique de l’augmentation de la longueur d’accélération en vue d’augmenter l’énergie des électrons. Dans sa version de base, un premier étage (injecteur) fournit un faisceau d'électrons d'énergie modérée doté d’une charge très importante. Ce faisceau est alors accéléré vers de plus hautes énergies dans un second étage appelé accélérateur. Cette thèse s'inscrit dans une série de travaux préliminaires aux expériences d'accélération laser-plasma double étages prévues sur la plateforme expérimentale CILEX autour du laser APOLLON 10 PW.Dans ce cadre, une nouvelle cible a été conçue et caractérisée avec le laser UHI100. Les propriétés du faisceau d'électrons ont ensuite été modifiées par mise en forme optique du faisceau laser produisant l'onde de plasma, ainsi que par mise en forme magnétique.Ce dernier dispositif nous a permis de pouvoir utiliser la source pour une application visant à mettre au point un système de dosimétrie adapté au fort débit de dose associé aux électrons issus de l'ALP
Laser plasma acceleration (LPA) comes from the nonlinear interaction between an intense laser beam (≈10¹⁸ W/cm²) and a gas target. The plasma wave which is generated can, trap and accelerate electrons to very high energies due to large accelerating fields (≈ 50 GV/m). Numerous studies have been done on this promising process among our scientific community aiming at understanding the basic mechanisms involved. As a second step, we now try tries to improve the properties of the source (energy, divergence, reproducibility…).Such ultra-compact electronic sources can be used for various applications. Among them, high energy physics for which a specific scheme was designed, based on the multi-stage acceleration. The scheme relies on the addition of successive accelerating modules to increase the effective accelerating length and therefore the final electron energy. In its basic version, a first stage (injector) delivers an electron beam at moderate energy including a high charge. This beam is then further accelerated to high energy through a second stage (accelerator). This thesis is part of preliminary studies performed to prepare the future 2-stages laser plasma accelerator that will be developed on platform CILEX with APOLLON 10 PW laser.In this context, a new target has been designed and characterized with the UHI100 laser. Then the electron beam properties have been adjusted by optical shaping of the laser generating the plasma wave, and also by magnetic shaping.The electron beam, magnetically shaped, has been used for a specific application devoted to the set-up of a new dosimetric diagnostic, dedicated to the measurement of high dose rate delivered by these electrons from LPA

De rapides avancées technologiques ont autorisé depuis le début des années 1980 un développement important des lasers de puissance et ont ouvert la voie aux régimes d'interaction laser-matière relativiste. L'accès aux intensités lumineuses supérieures à 1.1018 W.cm-2 a ainsi donné la possibilité à la communauté scientifique d'explorer une nouvelle physique riche d'applications. Bien que le principal moteur ait historiquement été constitué par les recherche sur la fusion par confinement inertiel, l'astrophysique de laboratoire, la génération de rayonnement (harmoniques, bétatron, X) ou la génération de particules énergétiques (électrons, ions) élargissent de plus en plus ce domaine d'étude.En effet, les très bonnes qualités des sources lumineuses et des sources d'ions créées par laser laissent fortement envisager qu'elles viendront un jour remplacer les sources conventionnelles comme les synchrotrons ou les accélérateurs qui sont des machines très coûteuses.Dans le cadre de cette thèse, une attention toute particulière a été portée à l'accélération d'ions qui a déjà montré son fort potentiel en termes de qualité des faisceaux accélérés. Malheureusement, ses applications sont encore limitées (radiographie, chauffage isochorique) à cause de paramètres limitants comme la divergence du faisceau, le spectre large ou l'énergie maximale atteinte par ces faisceaux. Au cours de ce travail de thèse, l'accent a plus particulièrement été mis sur l'augmentation de l'énergie maximale des faisceaux de protons dans le cadre des régimes à ultra haute intensité (supérieur à 1.1019W.cm-2). Cette recherche s'est orientée suivant deux axes principaux (impulsions longue et courtes), qui ont donné lieu à de nombreux échanges et au renforcement de la collaboration entre les laboratoires du LULI à l'École Polytechnique (France) et l'INRS-EMT (Canada).Dans le cadre des recherches menées au sein du LULI, des techniques innovantes ont pu être explorées afin de poursuivre la compréhension des mécanismes et d'améliorer les qualités de l'accélération d'ions à partir d'impulsion "longues" (entre 300 fs et 1,5 ps). Nous avons montré que l'utilisation de cibles ayant des dimensions transverses réduites permettait le confinement géométrique des électrons dans la zone d'impact du laser et augmentait ainsi significativement le taux de conversion de l'énergie laser vers les protons et l'énergie maximale atteinte par le faisceau. Par ailleurs, l'utilisation originale d'une optique plasma refocalisante a démontré son efficacité quant à réduire fortement la surface de focalisation du laser, conduisant à augmenter son intensité et donc l'énergie de coupure des faisceaux d'ions accélérés. Enfin, l'utilisation de deux impulsions laser a mis en évidence qu'une interaction entre les électrons accélérés par chaque impulsion était possible et qu'elle permet de modifier l'énergie et la typologie des faisceaux de protons.Les expériences réalisées au sein de l'INRS-EMT visaient quant à elle à améliorer la compréhension des régimes d'accélération femtoseconde, où peu d'études à ultrahaute intensité existaient au début de cette thèse, et à valider ou non la pertinence de ces régimes. Les nombreuses expériences menées ont clairement établi l'importance du contraste laser et la nécessité que ce derniers soit important pour que l'accélération de protons soit efficace dans ces régimes ultracourts. L'analyse systématique des faisceaux accélérés en face avant et en face arrière d'une cible mince montre que le processus d'accélération manifeste une certaine symétrie et prouve, qu'à énergie laser constante,l'accélération d'ions par laser n'est pas la plus efficace pour la plus courte durée d'impulsion.

La thèse porte sur le développement d'un injecteur d'électrons à 150 MeV par technique laser-plasma dans le cadre du projet PALLAS. Partant de considérations inspirées de la littérature, deux séries de prototypes d'injecteurs basés sur le principe de l'injection par ionisation sont proposées. Les caractéristiques fluides des injecteurs sont modélisées par simulations OpenFOAM et validées expérimentalement à l'IJCLab. L'utilisation d'un supercalculateur associé à des simulations rapides laser-plasma permet la recherche de points de fonctionnement idéaux pour la génération de faisceaux d'électrons. Une campagne expérimentale de production d'électrons au Laboratoire d'Optique Appliquée valide le comportement effectif de la deuxième série d'injecteurs en conditions réelles
This thesis focuses on the development of a 150 MeV electron injector using a laser-plasma technique in the frame of the PALLAS project. Starting from considerations inspired by the literature, two series of prototype injectors based on the principle of ionisation injection are proposed. The fluid characteristics of the injectors are modelled using OpenFOAM simulations and validated experimentally at IJCLab. The use of a supercomputer combined with fast laser-plasma simulations is used to find ideal operating points for electron beam generation. An experimental electron production campaign at Laboratoire d'Optique Appliquée validates the operational behaviour of the second series of injectors under real conditions

Cette thèse de doctorat s'inscrit dans le cadre d'une collaboration CIFRE entre Thales-MIS et le Laboratoire d'Optique Appliquée (LOA). L'objectif principal est d'améliorer le courant moyen des accélérateurs laser-plasma à faible énergie, notamment dans la gamme de quelques MeV. Cette avancée revêt un intérêt particulier pour les applications à faible énergie telles que la tomographie industrielle par rayons X, ne nécessitant pas de faisceaux d'électrons monoénergétiques.Des expériences ont été menées au moyen du système laser de 60 TW installé dans la Salle Jaune du LOA, capable de générer des impulsions de 30 fs. À travers une exploration minutieuse des densités de plasma, des énergies laser, des cibles gazeuses et des degrés de focalisation, nous avons identifié les conditions propices à la production de faisceaux d'électrons hautement divergents (i.e., >100 mrad) de quelques MeV, avec des charges variant de 5 à 30 nC. Nous avons également atteint une efficacité maximale de conversion d'énergie laser-électron d'environ 14 %, parmi les plus élevées jamais mesurées. En envisageant les futurs systèmes laser capables d'atteindre des puissances moyennes d'environ 100 W, ces configurations pourraient ouvrir la voie à la réalisation de faisceaux d'électrons accélérés par laser-plasma, avec des courants moyens dépassant 1 microampère, surpassant ainsi l'état de l'art actuel des accélérateurs laser-plasma. Pour mener à bien ces expériences novatrices, nous avons conçu une buse supersonique en verre et des dipôles magnétiques permanents permettant de dévier les électrons vers des écrans scintillants pour effectuer la spectrométrie des faisceaux produits. Parallèlement aux expériences, cette thèse a également approfondi les simulations Particle-In-Cell (PIC) pour étudier les mécanismes d'accélération. Grâce à un outil numérique spécifiquement développé pour traiter les résultats des simulations PIC, nous avons démontré que la force pondéromotrice du laser joue un rôle prépondérant dans l'accélération des électrons. Notamment, la majorité des particules ne sont pas injectées dans les ondes du plasma, mais glissent plutôt sur l'impulsion laser, acquérant ainsi une faible énergie de l'ordre de quelques MeV
This doctoral thesis is part of a CIFRE collaboration between Thales-MIS and the Laboratoire d'Optique Appliquée (LOA). The main objective is to enhance the average current of low-energy laser-plasma accelerators, particularly in the range of a few MeV. This advancement is particularly interesting for low-energy applications such as industrial X-ray tomography, which does not require monoenergetic electron beams.Experiments were conducted using the 60,TW laser system installed in the Salle Jaune at LOA, capable of generating 30 fs pulses. Through meticulous exploration of plasma densities, laser energies, gas targets, and focusing degrees, we identified conditions conducive to producing highly divergent electron beams (i.e., >100 mrad) at energies of a few MeV, with charges ranging from 5 to 30 nC. We also achieved a maximum laser-to-electron energy conversion efficiency of approximately 14 %, one of the highest ever measured. Looking ahead to future laser systems capable of achieving average powers of around 100 W, these configurations could pave the way for generating laser-plasma accelerated electron beams with average currents exceeding 1 microampere, surpassing the current state of the art in laser-plasma accelerators. To facilitate these innovative experiments, we designed a supersonic glass nozzle and permanent magnetic dipoles to deflect electrons towards scintillating screens for beam spectroscopy. Concurrently with the experiments, this thesis also delved into Particle-In-Cell (PIC) simulations to study acceleration mechanisms. Using a dedicated numerical tool for processing PIC simulation results, we demonstrated that the ponderomotive force of the laser plays a predominant role in electron acceleration. Notably, the majority of particles are not injected into plasma waves but rather slide along the laser pulse, thereby gaining low energies on the order of a few MeV