Cette étude concerne la caractérisation optique non linéaire (NL) principalement d’ordre 3 dans le visible, l’UV et l’IR en régime picoseconde de différents matériaux tels que certains solvants, le niobate de lithium et les nano-feuilles de graphène. Nous présentons d’abord les expressions des susceptibilités NL. Nous décrivons ensuite la technique de caractérisation Z-scan et ses variantes. Nous présentons une nouvelle méthode qui combine les avantages de Z-scan avec ceux de la microscopie en champ sombre. Nous montrons que cette technique d’imagerie, nommée DFZscan (Dark Field Z-scan), peut mesurer les coefficients de réfraction NL en présence d'une forte absorption NL. Les résultats expérimentaux montrent une importante amélioration de la sensibilité. Finalement, nous comparons les réponses NL des solvants les plus utilisés, dont l’eau qui possède la réfraction NL la plus faible. Ce liquide est utilisé pour caractériser la réponse NL d’une suspension de points quantiques de graphène. Grâce à un modèle simple, nous estimons l'indice de réfraction et d’absorption NL d'une nanofeuille de graphène monocouche. Nous étudions également les non linéarités d’ordres supérieurs dans les matériaux liquides (toluène) et solides (LiNbO3) en vue d’applications potentielles pour la génération de la deuxième harmonique et des modulateurs de guides d'ondes. Ces coefficients peuvent intéresser une grande communauté de chercheurs dans des domaines aussi variés que la filamentation, les solitons, le traitement tout optique du signal et les réseaux de télécommunications.