La filamentation est à l'origine de transformations spatio-temporelles des impulsions laser ultrabrèves et de leur milieu de propagation. Le travail de cette thèse a été d'approfondir la compréhension de ce type de propagation. Ainsi, des simulations numériques reproduisant la propagation des filaments dans les gaz ont été développées. Expérimentalement, nous avons démontré que l'élargissement du spectre est statistiquement ordonné, permettant d'appréhender la dynamique du supercontinuum. De plus, nous avons étudié la propagation de deux filaments, la concaténation des deux canaux plasma et le fort élargissement des spectres dus aux interactions croisées des impulsions. Parallèlement, nous avons montré que les hautes intensités régnant au sein des filaments induisent une forte biréfringence, conduisant à la génération d'une lame demi-onde ultra-rapide. Enfin, nous avons étudié la propagation d'un laser de 20 J, 32 TW dans l'atmosphère, conduisant à la génération de centaines de filaments et d'un supercontinuum détectable jusque dans la stratosphère.