Le travail présenté dans cette thèse s’intéresse à l’optimisation de la géométrie interne (la perce) des instruments de musique à vent de la famille des cuivres. L’originalité de l’approche repose sur l’utilisation de simulations sonores par modèle physique pour déterminer la perce optimisant des qualités sonores telles que la justesse ou le timbre de l’instrument. Le modèle physique utilisé, représentant le fonctionnement de l’excitateur, du résonateur et du couplage entre ces deux éléments, permet d’obtenir des sons représentatifs de leur interaction. La méthode de simulation utilisée est l’équilibrage harmonique, qui produit des simulations sonores en régime permanent, représentatives de la perce et des paramètres de contrôle du musicien virtuel. Différents problèmes d’optimisation sont formulés, pour lesquels la fonction objectif à minimiser et les contraintes représentent des attributs de la qualité des notes, la variable d’optimisation étant les dimensions géométriques de la perce. Étant donné les coûts de calcul et l'indisponibilité des dérivées de la fonction objectif, une méthode d’optimisation par recherche directe assistée de métamodèles est choisie (MADS). Deux exemples d'optimisation de la justesse ou du timbre d'une trompette, avec 2 et 5 variables d’optimisation, valident l'approche. Les résultats montrent que la méthode optimise la justesse globale de l’instrument de manière robuste, pour un coût raisonnable. Enfin, deux études perceptives étudient, d’une part, la capacité du modèle physique à produire des sons perceptivement différents entre des instruments différents, et, d’autre part, comment les différences entre un instrument nominal et un instrument optimisé sont perçues.