IMA4 2017/2018 P39
Sommaire
Musique des Plantes Les Musiniéristes de Polytech
Présentation générale
La photosynthèse permet à une plante de produire de la matière organique: le dioxyde de carbone est converti en glucides lors de réactions d’oxydoréduction qui nécessitent d’une part des électrons provenant de l’eau et d’autre part de l’énergie provenant de la lumière solaire. La photosynthèse créée donc des flux d’électrons résultant en signaux électriques. Des projets récents menés par des start-ups telles que Bioo ou des entreprises telles que Plant-e cherchent à exploiter ce phénomène afin de produire de l'électricité grâce aux plantes que cela soit avec une simple plante en pot ou à l'échelle d'une rizière toute entière.
Dans une visée plus proche du divertissement artistique, notre projet consiste à capter le biorythme d’une plante et de le transformer en concert sonore. Grâce à deux électrodes placées sur le végétal, nous allons capter les impulsions électriques occasionnées par la photosynthèse et transmettre le tout sous la forme d’un signal exploitable par une enceinte ou un instrument.
Description
Durant ce projet, nous allons connecter deux électrodes à deux endroits distincts d'une plante (feuille-feuille, feuille-racine, etc) afin de mesurer son biorythme. Nous allons ensuite amplifier et filtrer ce signal afin de le transformer en musique. Notre dispositif disposera de quelques réglages (volume, aigus, graves, ...), d'une enceinte pour pouvoir écouter directement le son, d'une prise jack pour pouvoir utiliser un casque ou une enceinte externe, d'une prise MIDI permettant notamment de connecter un instrument pour profiter de sa gamme et enfin des LEDs pour créer une ambiance visuelle en accord avec l'ambiance sonore. Le dispositif sera portatif afin de pouvoir facilement l'utiliser chez soi où en extérieur: cela implique une alimentation par batterie.
Objectifs
L’objectif minimal de notre projet est de parvenir à récupérer le signal électrique issu de la photosynthèse d’une plante et de le restituer de manière sonore à l’aide d’une enceinte. Nous souhaitons néanmoins aller plus loin en offrant davantage de moyens d’exploitation du signal (LEDs, piano numérique) Le projet sera découpé en deux étapes principales: dans un premier temps, il s’agira de réaliser un dispositif permettant de capter les signaux électriques d’une plante puis de les traiter numériquement à l’aide notamment d’amplificateur(s) et de filtre(s) afin d’éliminer les signaux parasites et d’extraire l’information que nous évaluerons comme utile et représentative du biorythme de la plante. Dans un second temps, nous créerons un dispositif permettant de transformer le signal extrait en un concert musical. Il s’agira de munir ce dispositif d’une enceinte et d’une prise jack afin de pouvoir écouter le biorythme de la plante. Nous implémenterons également des LEDs afin de créer une ambiance visuelle en adéquation avec l’ambiance sonore et nous ajouterons un port MIDI afin de pouvoir connecter un instrument comme un piano numérique dans le but de pouvoir profiter de sa gamme. Un ultime point serait de pouvoir “monitorer” sa plante en analysant le signal électrique mesuré afin de déterminer si l’activité photosynthétique de la plante est suffisante et, si elle ne l’est pas, d’informer l’utilisateur avec une LED afin que ce dernier essaye d’y remédier en arrosant davantage sa plante ou en l’exposant mieux au soleil. Nous allons cependant attendre d’observer les signaux électriques avant de déterminer si cette fonctionnalité est envisageable.
Analyse du projet
Il existe peu de produits réalisant les mêmes fonctions que notre projet: seules deux marques se distinguent en proposant des produits solides: Devodama avec un produit haut de gamme et MIDI Sprout avec un produit plus compact et abordable.
Analyse du premier concurrent
Devodama propose un boîtier haut de gamme nommé ” Music of the Plants ” et vendu 750€.
Le produit se revendique comme l’aboutissement de 40 ans de recherche et propose un ensemble de réglages poussés grâce à une interface complète. Le boîtier propose 2 sorties: une sortie jack et une sortie MIDI. Il s’alimente sur secteur. Électrodes fournies.
Sources :
http://www.musicoftheplants.com/?ref=dhen
https://www.pepiniere-botanique.com/jardins/
Analyse du second concurrent
MIDI Sprout est notre second concurrent, il propose un boîtier à partir de 200€.
Le produit ne présente aucun bouton de réglage extérieur et se présente dans une boîte écologique en carton. Il présente les 2 mêmes sorties que le boîtier de Devodama: une prise jack et une prise MIDI. Ce produit est nettement plus compact et fonctionne avec des piles. Électrodes fournies.
Sources :
Positionnement par rapport à l'existant
Comme évoqué ci-dessus, les quelques produits disponibles sont vendus entre 200 et 750 euros. L’objectif principal de notre projet est de fournir un produit réalisant des fonctions similaires, de qualité convenable, mais à un prix nettement inférieur. Nous chercherons donc tout au long de la conception de notre produit à choisir le matériel aux meilleures qualités prix afin de limiter au maximum le coût du produit fini. Nous ne cherchons pas à réaliser une interface aussi détaillée que le boîtier de Devodama, mais nous aimerions probablement avoir au moins 2 ou 3 boutons de réglage, contrairement à MIDI Sprout qui n’en présente qu'un (pour l'allumage et le volume). Nous pensons également partir sur un boîtier de petite taille fonctionnant sur batterie afin d’offrir un produit portatif simple d’utilisation. Une enceinte intégrée permettrait aussi un fonctionnement autonome, même nous craignons de devoir y renoncer si le son s'avère de trop mauvaise qualité. Nous pensons aussi offrir une représentation différente du biorythme de la plante grâce à nos LEDs et, si cela s’avère réalisable, offrir une fonction de “monitoring” de la plante.
Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé
Pour un adulte, notre produit serait une manière d’expérimenter et d'interagir avec le monde végétal. Il pourrait être un outil de relaxation utilisé à bas volume afin de se laisser bercer par la mélodie d’une plante pour se reposer. Il pourrait être un outil de découverte et de curiosité en étant utilisé sur toutes les plantes de la maison et du jardin pour découvrir diverses mélodies et des fonctionnements différents entre différentes plantes. Il pourrait être un outil de création en utilisant les simples chants des plantes pour créer des morceaux musicaux plus complexes (s’il s’avère que vous êtes musicien). Il pourrait être un outil d’apprentissage pour faire découvrir à ses enfants que les plantes sont bel et bien vivantes et les introduire auprès de notions scientifiques telles que la photosynthèse. Ce produit se revendique avant tout comme une expérience à part entière, il ne se revendique pas comme utile, c’est un stimulateur de sens avant tout.
Réponse aux questions
Si vous n'arrivez pas à récupérer un signal exploitable depuis la plante, avez-vous un plan B ?
La photosynthèse de plante produit de la matière organique dont l'excédent est rejeté dans le sol via les racines, autour desquelles vivent des micro-organismes qui s'en nourrissent et libèrent des électrons. En plaçant des électrodes à proximité des racines, on doit pouvoir récolter ces électrons et générer du courant: ce signal serait pour nous une alternative nous permettant de générer notre mélodie.
La plante émet-elle un signal en absence de lumière?
Il y a d'autres processus mis en jeu tel que la respiration mitochondriale cependant l'activité électrique devrait en effet être nettement inférieure en absence de lumière. Nous sommes encore dans l'ignorance de la 'quantité' minimale de lumière nécessaire à des conditions de fonctionnement idéal du système que nous souhaitons réaliser.
Préparation du projet
Cahier des charges
Choix techniques : matériel et logiciel
Choix matériel
- Plante
(x1) Acquise auprès de Madame Pichonnat
- Électrodes
(x1) Cordon Sparkfun [1]
(x1 lot de 10) Électrodes Sparkfun [2]
- Amplificateur d'instrumentation
(x2) Texas Instrument [3] (x1) OPA320[4] (x1) OPA2320 [5] (x1) INA132 [6]
- Arduino méga
(x1) Arduino [7]
- Module bluetooth pour arduino
(x1) Elecfreacks [8]
- Batterie
(x1) Cordon d'alimentation [9]
(x1) Pile rechargeable Duracell [10]
- Haut-Parleur
(x1) Kingstate [11]
- Boutons / Potentiomètres
(x3) Interrupteurs TE Connectivity [12]
(x1) Potentiometre Philips [13]
- Connecteur MIDI (connecteur DIN)
(x1) RS Pro [14]
- Connecteurs Jack (3,5 mm / 3 zones de contact)
(x2) Lumberg [15]
- AOP
(x1) Texas Instrument [16]
- LEDs RGB
(x2) [17]
- CAN (Convertiseur Analogique Numerique)
Choix logiciel
Pour la conception de la carte électronique nous utilison le logiciel Altium Designer. Pour la programmation de l'arduino, l'IDE Arduino et Pour la programmation de l'application mobile, Android Studio .
Liste des tâches à effectuer
Calendrier prévisionnel
Ressources
Sonelec Musique
https://www.sonelec-musique.com/
LED s'illuminant avec une musique sur Arduino
https://www.arduinostarterkits.com/resources/how-to-make-leds-flash-to-music-with-an-arduino
http://www.instructables.com/id/How-to-Make-LEDs-Flash-to-Music-with-an-Arduino/
Notes de musique avec une carte Arduino
https://www.carnetdumaker.net/articles/jouer-des-notes-de-musiques-avec-une-carte-arduino-genuino/
Filtre numérique avec un Arduino
http://www.f-legrand.fr/scidoc/docmml/sciphys/arduino/filtrage2/filtrage2.html
Connexion MIDI avec un Arduino
http://www.instructables.com/id/Send-and-Receive-MIDI-with-Arduino/
EEG https://www.researchgate.net/publication/266663863_WIRELESS_TRANSMISSION_OF_EEG_SIGNALS
Réalisation du Projet
Feuille d'heures
| Tâche | Prélude | Heures S1 | Heures S2 | Heures S3 | Heures S4 | Heures S5 | Heures S6 | Heures S7 | Heures S8 | Heures S9 | Heures S10 | Total |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Analyse du projet | 10 | 18 | 7 | |||||||||
| Schéma | 7 | 20 | 14 | |||||||||
| CAO | 6 | |||||||||||
| Programmation Arduino | ||||||||||||
| Application Smartphone |
