[es] Las fuentes de iones r?pidos generados por l?seres intensos son un tema de estudio prometedor para m?ltiples campos de la investigaci?n. Si bien la aceleraci?n de iones por interacci?n l?ser-s?lido se ha estudiado exhaustivamente, los plasmas de densidad cuasicr?tica (es decir, una densidad de electrones del orden de 1021 cm?3 para una longitud de onda l?ser de aproximadamente 1 ?m) han sido poco discutidos, debido a las dificultades relacionadas con la generaci?n controlada de densidades cr?ticas (a partir de un blanco s?lido, l?quido o gaseoso). Sin embargo, estos plasmas podr?an dar lugar a varios mecanismos de aceleraci?n, como la target normal sheath acceleration o la aceleraci?n por choques electrot?ticos no colisionales (collisionless shock acceleration - CSA), as? como a la generaci?n de poblaciones de electrones energ?ticos, llamados superponderomotores. Esta tesis se enmarca en el desarrollo de fuentes de iones producidas por un l?ser intenso con una alta tasa de repetici?n (HTR, por sus siglas en ingl?s), necesaria para la mayor?a de las aplicaciones. Las nuevas instalaciones l?ser con pulsos del orden del femtosegundo producidos cada segundo, y de muy alta potencia (del orden de un petavatio) e intensidad (IL & 1020Wcm?2) como VEGA-3, Apollon, L4 Aton o BELLA, se adaptan perfectamente a este objetivo. Adem?s, las boquillas de gas de tipo choque (shock nozzle) recientemente desarrolladas, conectadas a sistemas de gas de alta presi?n, se eligen por su compatibilidad con los sistemas l?ser HTR y debido al fuerte acoplamiento l?ser-gas al que pueden dar lugar. En primer lugar, se realiz? un estudio param?trico basado en simulaciones 1-D de tipo particle-in-cell (PIC) para comprender la interacci?n entre un l?ser intenso y un jet de gas cuasicr?tico y no uniforme. Se busc? determinar un conjunto ?ptimo de par?metros experimentales relacionados con la interacci?n de un pulso l?ser ?L = 0.8 ?m, ?L = 100 fs, I = 1020 W/cm2, con un jet de gas cuasicr?tico similar al producido por una boquilla de choque no comercial, desarrollada dentro de nuestro grupo de colaboraci?n. Para ello se utiliz? el c?digo PIC CALDER desarrollado por el CEA. Los datos experimentales analizados en esta tesis se obtuvieron durante dos campa?as en las instalaciones l?ser VEGA-2 (200 TW) y VEGA-3 (1 PW), en el CLPU, Univ. Salamanca. La primera ten?a como objetivo estudiar el potencial de aceleraci?n de iones de un pulso l?ser ultraintenso con una duraci?n de femtosegundo interactuando con un jet de gas supers?nico. La segunda, que constituy? la campa?a principal, permiti? destacar, a trav?s de medidas de tiempo de vuelo, la aceleraci?n frontal de part?culas ? de energ?a ?0.6 MeV/amu a una tasa de repetici?n moderada, exhibiendo una energ?a y una dispersi?n angular relativamente moderadas. Tambi?n confirm? la abundante generaci?n de electrones energ?ticos predicha por simulaciones num?ricas, hasta energ?as de alrededor de 50 MeV. Adem?s, la interferometr?a revel? la formaci?n de un canal de plasma, que se extend?a a ambos lados del pico de densidad del jet de gas. Varias simulaciones en 2-D, realizadas para explicar algunos de estos resultados, est?n en concordancia cualitativa con las mediciones, lo que permite identificar los mecanismos de aceleraci?n de iones y de electrones, as? como describir el fen?meno de formaci?n del canal l?ser. El trabajo realizado durante la elaboraci?n de esta tesis ha arrojado luz sobre la f?sica de la interacci?n entre un pulso l?ser ultraintenso y un gas denso, una configuraci?n a?n poco explorada en el r?gimen de femtosegundo. Al mismo tiempo, se debieron afrontar numerosos retos t?cnicos, como el desarrollo de una metodolog?a experimental adaptada, as? como de un conjunto de diagn?sticos compatibles con la operaci?n a alta tasa de repetici?n. Aunque los rendimientos obtenidos en t?rminos de energ?a i?nica pueden considerarse modestos, son alentadores e invitan a perseverar en esta l?nea de investigaci?n, teniendo en cuenta que las aplicaciones de la interacci?n l?ser-gas son numerosas y van desde la producci?n de radiois?topos m?dicos hasta estudios de f?sica fundamental. Desde el punto de vista num?rico, nuestro estudio de las condiciones m?s favorables a la aceleraci?n de iones por choque electrost?tico mediante un pulso de femtosegundo proporciona condiciones ?ptimas de la interacci?n l?ser-gas para la producci?n de choques electrost?ticos, de tal forma que se dejan claros los objetivos experimentales para trabajos futuros con ?nfasis en la importancia de mejorar las t?cnicas de fabricaci?n de las boquillas de gas.

[fr] Les sources d?ions rapides g?n?r?es par des lasers intenses constituent un sujet d??tude prometteur pour de multiples domaines de la recherche. Alors que l?acc?l?ration d?ions par in teraction laser-solide a ?t? ?tudi?e de mani?re exhaustive, les plasmas de densit? quasi critique (soit une densit? ?lectronique de l?ordre de 1021 cm?3 pour une longueur d?onde laser d?environ 1 ?m) ont ?t? peu abord?s, en raison des difficult?s li?es ? la g?n?ration contr?l?e de densit?s critiques (? partir d?une cible solide, liquide ou gazeuse). De tels plasmas pourraient cependant donner lieu ? plusieurs m?canismes d?acc?l?ration, tels que le ? target normal sheath accel eration ? ou l?acc?l?ration par choc non-collisionnel, ainsi qu?? la g?n?ration de populations d??lectrons chauds dits super-pond?romoteurs. Cette th?see s?inscrit dans le cadre du d?veloppement de sources d?ions produites par un laser intense ? haut taux de r?p?tition (HTR), n?cessaires aux besoins de la plupart des applications. Les nouvelles installations lasers fs de tr?s haute puissance (de l?ordre du p?tawatt) et intensit? (IL & 1020Wcm?2 ) comme VEGA-3, Apollon, L4 Aton ou BELLA PW, capables de d?livrer une impulsion de quelques fs par seconde, sont ainsi parfaitement adapt?es ? cet objectif. Par ailleurs, des buses ? gaz de type ? shock nozzle ? nouvellement d?velopp?es, connect?es ? des syst?mes de gaz ? haute pression, sont choisies pour leur compatibilit? avec ces HTR et le fort couplage laser-gaz attendu. Une ?tude param?trique bas?e sur des simulations 1-D de type ? particle-in-cell ? (PIC) a d?abord ?t? effectu?e pour comprendre l?interaction entre un laser intense et un jet de gaz quasi critique et non-uniforme. Nous avons ainsi cherch? ? d?terminer un jeu optimal de param?tres exp?rimentaux concernant l?interaction d?une impulsion laser ?L = 0.8 ?m, ?L = 100 fs, I = 1020 W/cm2 , avec un jet de gaz quasi critique similaire ? celui produit par une buse ? gaz non commerciale, d?velopp?e au sein de notre groupe de collaboration. Nous avons utilis? pour cela le code PIC CALDER d?velopp? au CEA. Les donn?es exp?rimentales analys?es pendant cette th?se ont ?t? obtenues lors de deux campagnes sur les installations laser VEGA-2 (200 TW) et VEGA-3 (1 PW), au CLPU, Univ. Salamanque. La premi?re visait ? ?tudier le potentiel, en mati?re d?acc?l?ration ionique, d?une impulsion laser fs ultra intense interagissant avec un jet de gaz supersonique. La seconde, qui a constitu? la campagne principale de cette th?se, a permis de mettre en ?vidence, par l?interm?diaire de mesures de temps de vol, l?acc?l?ration vers l?avant de particules ? d??nergie 0.6 MeV/amu ? un taux de r?p?tition mod?r?, pr?sentant des dispersions en ?nergie et angulaire relativement mod?r?es. Elle a ?galement confirm? la g?n?ration abondante d??lectrons chauds telle que pr?dite par les simulations num?riques, jusqu?? des ?nergies d?environ 50 MeV. Par ailleurs, la formation d?un canal plasma, s??tendant de part et d?autre du pic de densit? du gaz, a ?t? r?v?l?e par interf?rom?trie. Plusieurs simulations 2-D, effectu?es pour expliquer certains de ces r?sultats, sont en accord qualitatif avec les mesures, permettant d?identifier les m?canismes d?acc?l?ration d?ions et d??lectrons, ainsi que de d?crire le ph?nom?ne de formation du canal laser. Le travail effectu? lors de cet th?se a permis d??clairer la physique de l?interaction entre une impulsion laser ultra intense et un gaz dense - une configuration encore peu explor?e en r?gime femtoseconde - mais aussi d?en relever les nombreux d?fis techniques. Nous avons pu d?velopper une m?thodologie exp?rimentale adapt?e ainsi qu?un ensemble de diagnostics compatibles avec un fonctionnement ? HTR. Si les performances obtenues en mati?re d??nergie ionique restent modestes, elles n?en sont pas moins encourageantes et invitent ? pers?v?rer car les applications de l?interaction laser-gaz sont nombreuses, allant de la production de radio-isotopes m?dicaux ? des ?tudes de physique fondamentale. Du point de vue num?rique, notre ?tude des condi tions les plus propices ? l?acc?l?ration ionique par choc ?lectrostatique par une impulsion fs donne des conditions optimales d?interaction laser-jet de gaz, propices ? la production de chocs ?lectrostatiques, donne des objectifs exp?rimentaux clairs pour des travaux futurs et souligne l?importance des am?liorations ? apporter sur le d?veloppement de buses ? gaz.