Cette thèse présente la formalisation et le développement du logiciel d'analyse musicale MORFOS (Multiscale Oracle Representations For Organized Sounds). Il s’agit d’une automatisation de l’Algorithme Cognitif présenté par Jean-Marc Chouvel, qui s'inscrit dans la continuité de l'analyse sémiologique et de la musicologie cognitive et permet la représentation multi-échelle d'un modèle de la cognition lors de l'écoute musicale. En automatisant cet algorithme, nous cherchons à mieux comprendre les phénomènes de l'écoute musicale et plus particulièrement les phénomènes de classification et de segmentation au cours du temps, ainsi que les phénomènes d'anticipation et de surprise. Nous nous intéressons également à la visualisation de la représentation obtenue, appelée diagramme formel multi-échelle. On cherche ainsi à analyser l'apport de la hiérarchisation pour les phénomènes musicaux étudiés et les rapports qui émergent entre les éléments étudiés aux différentes échelles de temps.