Propagation aéroacoustique sur un modèle d’appareil vocal reconstitué pour Néandertal

Le développement évolutif du langage au cours de l’évolution humaine reste une énigme et un sujet difficile à travailler. Le langage implique de nombreux organes, pour ne pas dire tout le corps, ce qui rend son étude complexe. De plus, dans les fossiles, les tissus mous n’ont pas été préservés. Depuis 2020, une équipe multidisciplinaire hébergée à l’Institut d’informatique et des sciences des données (ISCD), Sorbonne Université, a développé un modèle biomécanique de l’appareil vocal des hominines fossiles. En un peu plus de 2 ans, nous avons rassemblé des données exceptionnelles (IRM et scanners de primates humains et non humains, tissus mous issus de dissections, vocalisations en milieu naturel…). De telles images ont été utilisées pour générer un modèle par éléments finis de la langue, l’un des principaux organes impliqués dans la production de la parole.

L’objectif de ce projet de thèse est d’étudier la capacité phonique en utilisant l’interaction de la langue activée avec le flux d’air généré dans le conduit vocal. Un modèle aéroacoustique [3] permettant de modéliser la génération et la propagation des ondes dans le système supra-glottique (le conduit vocal) en utilisant les principes de la mécanique des fluides et leur interaction avec les structures sera exploité. Nous visons particulièrement à étudier des modèles aéroacoustiques précis capables de prédire des consonnes dans une géométrie aussi complexe puisque dans ce cas, l’interaction fluide-structure est au cœur de la prédiction sonore. Nous nous concentrerons dans un premier temps sur l’étude et la validation de notre modèle aéroacoustique sur les coupes 2D sur la langue du babouin obtenu dans [1] en utilisant des équations incompressibles de Navier-Stokes résolues numériquement dans le solveur Basilisk [4]. L’objectif final de cette étude est d’étendre cette analyse à la langue biomécanique de l’hominine fossile.
Cet objet de recherche se définit sur les outils et compétences mobilisés au sein de l’ISCD et répond aux objectifs du projet scientifique « Origines de la parole ». Dans ce contexte, le doctorant bénéficiera de matériel d’étude original tel que des données expérimentales et simulées à des fins de validation et de vérification.

Il s’agit d’une thèse pluridisciplinaire encadrée par une équipe d’experts du Muséum national d’histoire naturelle et de l’institut de mécanique Jean Le Rond d’Alembert de Sorbonne Université.

Bibliographie:

[1] Alvarez P, El Mouss M, Calka M, Belme A, Berillon G, Brige P, et al. Prédire la morphologie de la langue des primates sur la base de la correspondance géométrique du crâne. Un premier pas vers une application sur les hominidés fossiles, PLoS Comput Biol 20(1) : e1011808. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1011808 , 2024
[2] SL Thomson, L. Mongeau, SH Frankel. Modèles de cordes vocales édités en flux physique et numérique. 3ème Atelier International MAVEBA, 2003, 147-150.
[3] Hajczak, A. (2020). Méthodes numériques d’identification des sources de bruit aérodynamique pour les trains d’atterrissage. Sorbonne université.
[4] van Hooft, JA, Popinet, S. Un solveur adaptatif précis du quatrième ordre pour les problèmes d’écoulement incompressible. Journal of Computational Physics , 2022, 462, 111251 http://basilisk.fr/

Catégorie de financement : Contrat doctoral

Titre du doctorat : Doctorat en Mécanique
PHD Pays : France