Nicolas LOPES, soutiendra sa thèse de doctorat de l’UPMC, intitulée : « Approche passive pour la modélisation, la simulation et l’étude d’un banc de test robotisé pour les instruments de type cuivre. »
Cette thèse a été réalisée au sein de l’Equipe-Projet Systèmes et Signaux Sonores et des équipes Analyse-Synthèse et Acoustique instrumentale du Laboratoire Sciences et Technologies de la Musique et du Son, IRCAM-CNRS-UPMC.
Elle s’intègre dans deux projets de l’Agence Nationale de la Recherche : ANR-HamecMopsSys et ANR-Cagima.
La soutenance de thèse se fera devant un jury composé de :
Brigitte d’Andréa-Novel Rapporteur – Professeur Mines-ParisTech
- Christophe Vergez - Rapporteur – Directeur de Recherche, CNRS LMA
- Benoît Fabre - Examinateur – Professeur, LAM, Institut d’Alembert, UPMC
- Isabelle Terrasse - Examinateur – Directrice de Recherche, Airbus Group Innovations
- Bernhard Maschke - Examinateur – Professeur Université Claude Bernard, Lyon 1
- Thomas Hélie - Directeur de thèse – Chargé de Recherche, Laboratoire STMS, CNRS
- René Caussé - Co-directeur de thèse – Directeur de Recherche, Laboratoire STMS, Ircam
Résumé
Cette thèse s’inscrit dans le contexte de la robotique, de l’automatique et de l’acoustique musicale. Elle propose une étude d’un banc de test robotisé pour le jeu des instruments à vent de type cuivre. Cette étude se décompose selon trois volets : la modélisation passive du système, sa simulation, et son développement. La modélisation est faite en suivant le formalisme passif des systèmes hamiltoniens à ports. Les éléments principaux composant le système sont : l’alimentation en air pour le souffle, l’excitateur composé de deux lèvres et d’un jet d’air, et un résonateur acoustique. Le résonateur acoustique utilisé dans ce travail est un trombone à pistons. Un nouveau modèle de jet d’air généré entre les lèvres est proposé. Ce modèle a pour but de restituer un bilan de puissance plus proche de la réalité physique que les modèles couramment utilisés. Des raffinements sont ensuite construits autour de ce jet afin d’obtenir un modèle complet auto-oscillant.
Pour la simulation, la méthode du gradient discret est présentée. Cette méthode permet d’obtenir une description en temps discret qui vérifie les bilans de puissance, et donc la passivité lors de la simulation. Elle ne permet pas, en général, de garantir l’existence et l’unicité d’une solution. De plus, elle est limitée au second ordre de consistance numérique, et son exécution nécessite des algorithmes d’optimisations non linéaires gourmands en temps de calcul. Pour pallier ces limitations, une méthode à plusieurs étapes de type Runge-Kutta double et basée sur un changement de variable est proposée. Des résultats de simulations sont interprétés et comparés à ceux issus d’un modèle contenant un jet construit autour d’une équation de Bernoulli stationnaire. Enfin, la machine ainsi que les développements techniques effectués au cours de la thèse sont présentés. Ces développements sont à la fois de types informatiques et mécaniques. Ils permettent la mise au point d’expériences de cartographies répétables et peuvent être utilisés pour caractériser différents instruments de musique. Des résultats expérimentaux et de simulation sont comparés. Les comparaisons permettent de mettre en avant les défauts et les qualités du modèle proposé et orientent vers des choix futurs pour la modélisation et le développement de la machine.