Jérôme Pillement, élève de Pierre Dervaux, Léonard Bernstein et Jean-Sébastien Bereau, est lauréat du concours international de la Fondation Yehudi Menuhin en 1986. II obtient à l’unanimité une médaille d'or de direction d'orchestre en 1987.
Il dirige depuis de grandes formations telles l’Orchestre de la Rai de Naples, le London Symphonic Orchestra, l'Orchestre de Chambre de Prague, les Solistes de Moscou, l’Orchestre philharmonique de Shangaï, le Sinfonietta de Hong-Kong, l’Orchestre de la Fenice à Venise, l’ensemble Orchestral de Paris, l’orchestre Pasdeloup, l'Orchestre National des Pays de la Loire, l'Orchestre national de Montpellier, l'Orchestre Philharmonique de Nice, l'Orchestre National de Bordeaux-Aquitaine, l’Orchestre de l'Opéra de Marseille, l’Orchestre Régional Avignon Provence, l’Orchestre symphonique et lyrique de Nancy, l’Orchestre de l’Opéra de Rouen Haute-Normandie, l’Orchestre Symphonique de l’Opéra de Toulon, l’ensemble de Basse-Normandie, l'Orchestre de Picardie…
De 1986 à 1991, il est directeur musical et chef de l’Orchestre Universitaire de Grenoble.
II aborde l’opéra en 1992 en dirigeant La Périchole à Nantes. Depuis, parmi les ouvrages qu'il a dirigés, on peut citer : L'isola disabitata et La canterina à l'Opéra de Nice, La Veuve joyeuse, Cavalleria rusticana, Le Pays du sourire à l'Opéra national de Montpellier, L'Armide imaginaire de Cimarosa au Festival de Radio France de Montpellier, La Fille du régiment à l'Opéra de Tenerife, La Cenerentola à l'Opéra de Rouen et à l'Opéra de Caen, le Requiem de Lloyd Webber à Rouen, Dédé à l'Opéra de Rouen ainsi qu'à l'Opéra-Comique, Les Noces de Figaro au Théâtre Impérial de Compiègne, Assai Haro de Pascal Dusapin à l'occasion du Festival international Montpellier Danse, la création de Teresa de Marius Constant à l'Opéra de Rouen, La Vierge de Massenet à l'Opéra de Marseille. De 1994 à 1997, il est directeur des études musicales et chef d'orchestre à l'Opéra national de Montpellier, et chef d'orchestre associé à l'Orchestre national de Montpellier.
Depuis 1992, il est directeur musical du festival Un Violon sur le Sable à Royan où il dirige chaque été des concerts qui accueillent des artistes de renommée internationale (Gautier Capuçon, Renaud Capuçon, Natalie Dessay, François-René Duchable, Inva Mula, Annick Massis, Philippe Jarrousky, Alexandre Tharaud…) devant plus de 100 000 personnes chaque année.
Entre 2002 et 2003, il est directeur musical du festival Opéra en plein air. Il a ainsi dirigé Don Giovanni dans une mise en scène du cinéaste Gérard Corbiau et Les Noces de Figaro dans une mise en scène d'Alain Sachs.
En 2007, il crée le festival Folies d’O à Montpellier dont il est le directeur artistique et musical. Lors des dernières éditions, il a dirigé des œuvres telles que La Belle Héléne, La Belle de Cadix, La Grande duchesse de Gérolstein, La Vie parisienne, L’Elixir d’amour ou La Veuve joyeuse. En juillet 2013, il propose au public et dirige une production de West Side Story actuellement en tournée mondiale, puis en juillet 2014 il y dirige une nouvelle production de la comédie musicale Cabaret actuellement en tournée nationale.
Depuis 2009 il est directeur artistique d’Opera Junior à Montpellier.
Sa carrière éclectique l’a conduit à se produire dans tous les styles de répertoire à travers le monde. On l’a notamment entendu diriger La Jolie fille de Perth de Bizet au Théâtre Impérial de Compiègne, production qui a donné lieu à un enregistrement discographique, La Traviata à l'Opéra d'Irlande à Dublin et à Montpellier. II a travaillé avec Jérôme Savary dans une production de La Mascotte à l'Opéra de Montpellier, à Marseille, Nancy ou à l’Opéra-Comique à Paris, et avec Jérôme Deschamps dans une production des Brigands à Caen. On a pu entendre Jérôme Pillement dans la création à l'Opéra du Rhin de La Grande duchesse de Gérolstein d'Offenbach, et L'Amour masqué d'André Messager à l'Opéra-Comique avec l’Ensemble Orchestral de Paris. Il a également dirigé La Damnation de Faust à l'Opéra de Giessen, La Vie parisienne et Le Trouvère à l'Opéra de Montpellier, Le Pays du sourire à l'Opéra de Besançon, Une Education manquée de Chabrier à l'Atelier Lyrique du Rhin, Rigoletto à l'Opéra de Dijon, ou la création en Allemagne de L'Attaque du moulin de Bruneau à l'Opéra de Giessen. Il a dirigé une production de Roméo et Juliette à l’Opéra de Dublin, ou une version concert de l’opéra L’Attaque du moulin à l’Opéra de Berne. Jérôme Pillement dirige régulièrement l’Orchestre Régional Avignon Provence. En 2014, il a dirigé la création de Michel Legrand Dreyfus à l’Opéra de Nice, Don Quichotte de Massenet à l’Opéra Den Jyske d’Aarhus au Danemark et des nouvellse production de L'Enfant et les Sortilèges avec Opéra Junior à l'Opéra national de Montpellier, et La Périchole aux festivals des Folies d'O, de Saint Céré et au Théâtre Anthéa d'Antibes.
Au cours des dernières saisons, Jérôme Pillement a dirigé La Chauve-Souris de Strauss à l'Opéra d'Avignon, une nouvelle production de La Traviata et la Veuve Joyeuse au Théâtre de Bienne, Geneviève de Brabant et la Chauve-Souris avec Opéra Junior à l'Opéra national de Montpellier, une production de la Veuve joyeuse à Bienne, La Fille du Régiment. Entre octobre et décembre 2018, Jérôme Pillement a effectué une tournée au Danemark de l’Opéra d’Arhus dans une nouvelle production de Carmen. Au festival Folies d’O il a dirigé Orphée eux Enfer, La Chauve-Souris et un spectacle autour d’Offenbach en Juillet 2019.
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