Cette thèse traite de divers aspects d'Identification Automatique d'Instruments de Musique (IAIM). L'IAIM signifie, d'une manière intuitive, que pour un enregistrement musical donné, l'ordinateur essaie d'identifier quels instruments de musique sont utilisés dans quelles parties de l'enregistrement. La recherche en IAIM s'est développée au cours des 10 dernières années en particulier grâce à son utilisation en tant que composant d'un moteur de recherche "intelligent" pour la musique. Ce moteur de recherche peut trouver la musique sur internet ou sur des lecteurs MP3 selon des critères "intelligents" comme par exemple le style ou le genre de musique alors que des moteurs de recherche classiques utilisent seulement l'information textuelle liée aux fichiers musicaux. D'autres utilisations de l'IAIM concernent d'autres algorithmes de recherche dans la musique, comme par exemple la transcription automatique et l'alignement de partition, ou encore les logiciels dédiés à la composition musicale ou à l'enregistrement en studio. L'IAIM est composée de plusieurs étapes qui constituent chacune un défi pour les chercheurs. Les différentes étapes, présentées dans cette thèse, sont les suivantes: obtenir et formater les bases de données de sons pour l'apprentissage et l'évaluation, calculer les descripteurs des sons, procéder au nettoyage automatique des bases de données, attribuer des poids aux descripteurs et réduire leur dimension, et, enfin, classer les sons selon leur appartenance aux différents instruments. Mener une évaluation correcte du déroulement de l'AMIR constitue aussi un travail fondamental. Ce travail traite en détail des différentes étapes du processus de l'IAIM et, tout en comblant des lacunes et des défaillances dans l'état de l'art, introduit de nouvelles techniques et de nouvelles méthodes pour le perfectionner: il permet d'identifier les instruments de musique à partir des tons séparés, des solos, de la musique polyphonique et multi-instrumentale.