[2023 - Thèse] Développement de méthodes innovantes pour la caractérisation expérimentale des régimes et des bifurcations de systèmes dynamiques non linéaires - Cas de la voix

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Sound


Modélisation biomécanique de l’appareil vocal et sa reproduction sous la forme d’avatars numériques et mécatroniques.

Continuation expérimentale
Développement de méthodes innovantes pour la caractérisation expérimentale des régimes et des bifurcations de systèmes dynamiques non linéaires - Cas de la voix

Direction de thèse :
Christophe Vergez (vergez@lma.cnrs-mrs.fr) Directeur de Recherche CNRS
Bruno Cochelin (bruno.cochelin@centrale-marseille.fr) Professeur Centrale Méditerranée
Fabrice Silva (silva@lma.cnrs-mrs.fr) Chargé de Recherche CNRS

Contrat : Contrat doctoral CNRS, rémunération brute de 2135€ / Possibilité de mission complémentaire d’enseignement à l’École Centrale Méditerranée

Collaboration : Soizic Terrien (Chargée de Recherche CNRS, LAUM, Le Mans) et Thomas Hélie (Directeur de Recherche CNRS, IRCAM, Paris)

Mots clés : Systèmes dynamiques non linéaires, automatique, acoustique, voix

Contexte général - Projet AVATARS
Le projet de thèse s’inscrit dans le cadre du projet de recherche AVATARS financé par l’Agence Nationale de la Recherche. Il s’intéresse à la production de la voix dans l’appareil vocal humain, et notamment à la diversité des régimes d’oscillations et à leur contrôle à des fins de communication ou d’expressivité artistique.
L’approche proposée par le projet AVATARS repose sur la modélisation biomécanique de l’appareil vocal et sa reproduction sous la forme d’avatars numériques et mécatroniques. Il vise notamment à progressivement intégrer dans les modèles la complexité des comportements des tissus biologiques qui constituent les plis vocaux, ainsi que celle des écoulements et des ondes acoustiques dans le larynx et le conduit vocal. Les modèles résultants sont exprimés sous forme de systèmes Hamiltoniens à ports, formalisme de représentation des modèles qui a émergé récemment à la croisée de l’automatique, de la mécanique et des systèmes dynamiques non linéaires. Cette approche présente l’avantage de fournir des outils pour le contrôle d’avatars mécatroniques. Le projet AVATARS réunira en effet de manière complémentaire et inédite trois bancs d’expérimentation dédiés à la voix : le banc larynx excisés animé développé entre le LMA, le LPL (Aix-en-Provence) et le CHU Liège (Belgique) ; des maquettes réalisées à partir de moulages de larynx entre l’IRCAM et le CHU Liège permettant une meilleure reproductibilité en contrepartie de tissus synthétiques simplifiés ; et enfin un banc de test des matériaux biomimétiques conçus et réalisé au GIPSA-lab et au 3SR (Grenoble).

Contexte scientifique de la thèse
Le sujet de thèse proposé se focalise sur l’analyse des régimes et des bifurcations des avatars, deux notions qui sont détaillées ci-dessous.
Modèles numériques de la production du son et dispositifs expérimentaux présentent la faculté de pouvoir produire différents types de solutions, ou régimes : statique (silence, respiration), périodique (voix normale), quasi-périodique voire chaotique (voix criées et pathologiques). Pour que ces avatars puissent être exploiatables en tant qu’outils d’aide à la décision (pour la communauté clinique) ou de création (pour la communauté artistique), il est nécessaire de fournir un manuel utilisateur des avatars, autrement dit d’être en mesure de pouvoir prédire les conditions de production de ces régimes : quelle trajectoire pour les paramètres de contrôle permet de produire un registre vocal (voix de poitrine ou de tête), une fréquence fondamentale, ou un timbre donné ? L’établissement d’un diagramme de bifurcation permet d’apporter des réponses.

Compétences souhaitées
— Automatique
— Traitement du signal
— Notions de systèmes dynamiques non linéaires (points équilibre, cycles limites, stabilité, attracteurs, bifurcations)
— Notions d’acoustique et plus généralement de physique des ondes (réponse en fréquence, ondes propagatives, modes)

Plus d'informations concernant le sujet, le détail des travaux envisagés et les références scientifique dans le fichier joint.

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