IMA4 2017/2018 P39

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

Lors de ce projet nous allons par conséquent prendre une plante, connectée deux électrodes à des endroits différents par exemple une sur une feuille et une au niveau des racines pour capter le biorythme du végétal. Ensuite nous allons filtrer et amplifier ce signal pour ensuite le transformer en musique. Notre dispositif disposera de quelque réglages (volume, aigu, grave, médium...), d'une enceinte intégrer pour écouter directement le son, mais également une prise jack si nous souhaitons connecter des écouteurs ou encore une enceinte de meilleure qualité.De plus nous ajouterons des LEDs RGB pour créer une ambiance visuelle agréable et en accord avec le véritable concert musicale. À cela nous ajouterons une prise MIDI pour profiter de la gamme d'un instrument tel qu'un piano. Le dispositif sera portable pour pouvoir l'utiliser dans son jardin ou encore dans des parcs ainsi pouvoir observer les différences entre de nombreuses plantes.

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 fonction 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

Appareil Devodama

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 :

https://www.midisprout.com/

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 1 ou 2 boutons de réglage, contrairement à MIDI Sprout qui n’en présente aucun. Nous pensons également partir sur un boîtier de petite taille fonctionnant sur batterie afin d’offrir un produit mobile simple d’utilisation. Une enceinte intégrée permettrait aussi un fonctionnement autonome, même si nous craignons de devoir y renoncer si le son est vraiment 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 belles 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 on n'arrive pas à obtenir le signal émis par la plante exploitable, 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 peut récolter ces électrons et générer du courant et par conséquent on pourrait se servir de ce signal pour générer notre son.

Quand il n'y a pas de lumière la plante émet-elle un signal ?

Il y a d'autres processus mis en jeu tel que la respiration mitochondriale cependant l'activité électrique est nettement inférieur et par conséquent le signal sera sûrement difficilement exploitable.

Préparation du projet

Choix techniques : matériel et logiciel

Choix matériel

- Plante

Acquis

- Electrodes

Cordon : Mouser
https://www.mouser.fr/ProductDetail/SparkFun-Electronics/CAB-12970/?qs=%2fha2pyFadujrmgSDtWsNgpY0C6Lrfc12AHM2nf7eoS%252b3CXfoqTCQ4w%3d%3d

Electrodes Gotronic
https://www.gotronic.fr/art-pads-a-electrodes-sen-12969-26244.htm

- Amplificateur d'instrumentation

( A définir après étude de conception du dispositif)

- Arduino méga

Site RS Code commande RS715-4084 Référence fabricantA000067
https://fr.rs-online.com/web/p/kits-de-developpement-pour-processeurs-et-microcontroleurs/7154084/

- Module bluetooth pour arduino

Module Bluetooth HC05 EF03079-05 Go Tronic Code article: 34904
https://www.gotronic.fr/art-module-bluetooth-hc05-ef03079-05-25579.htm#complte_desc

- Batterie

Go Tronic Cordon alimentation - pile 9V Code article : 48165
https://www.gotronic.fr/art-cordon-alimentation-pile-9v-19414.htm

Pile rechargeable

Réf. Fabricant: ACCU 9V1 Code Commande : 4140308 Farnell
http://fr.farnell.com/duracell/accu-9v1/accumulateur-9v-pq1/dp/4140308

- Haut Parleur

( A définir après étude de conception du dispositif)

- Boutons / potentiométres

( A définir après étude de conception du dispositif pour savoir quel type et le nombre)

- Connecteur MIDI

Fiche femelle DIN 5 broches

RS Code commande RS 491-087
https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-din/0491087/

- Connecteur Jack

quantité 2 3,5mmet 3 zone de contactes RS Code commande RS505-1485
https://fr.rs-online.com/web/p/connecteurs-jack-trs/5051485/

- Smartphone 

Avec une version d'android

Ressources

Sonelec Musique
https://www.sonelec-musique.com/

Instruo scion

Arduino led flashing to music
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/

Note de music 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/

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	13

Prologue

- Nous somme rentré en contact avec Jean THOBY via son site internet de la pépinière botanique
https://www.pepiniere-botanique.com/contacts.html

Semaine 1

- Activité de surface théorique de 0,01mV à 1mV d'arpès Jean THOBY, possédant le dispositif Devodoma.
- Phytoneurologie est l'activité électrique de surface d'un végétal
- Génodique : son émit au niveau des acides aminés qui se situent au niveau du ribosome, ce son est émit à la fréquence de 10²³ Hz

Piste à explorer pour récupérer le biorythme de la plante :

- Cage de Faraday
- AOP d'instrumentation
- Le signal doit être amplifier est varier dans la plage de 0-5V pour pouvoir être traité sur une pin analogique de l'Arduino
- Filtre numérique pour pouvoir atténuer/éliminer les composante indésirable de notre signal
- Auto-corrélation pour pouvoir supprimer le bruit de notre signal méthode que nous avons pu étudier en TP de traitement du signal.

Test sur la plante : [photos à ajouter]

- Avec les pinces crocodiles directement sur la plante : variation très importante a une fréquence de 50Hz
- Avec les pinces crocodiles relié à une tige de graphite, moins de parasites, variation plus petite : 0.5mV => s'orienter vers des sondes avec des connexion en carbone. Cela permet de s'affranchir des réactions d'oxydo-réduction lié à l'eau présent dans la plante.
- Pot de la plante en métal => le changer pour un pot en plastique permettrait de limiter les signaux parasites.

Semaine 2

- Recherche d'AOP pouvant convenir pour notre projet on à choisi le INA 125 de Texas Instruments.
- Nous avons décider d'alimenter leINA 125 de Ti entre +5v et -5V. Nous aurons donc un signal qui varie entre -5V et +5V puis nous enverons ce signal sur un sommateur non inverseur de tension pour récuprer un signal entre 0 et 10V. Ensuite on utilisera un pont diviseur de tension pour avoir un signal qui varie entre 0 et 5V pour pouvoir l'utiliser sur les PIN analogique de l'arduino.
Schéma du sommateur non inverseur de tension
Diviseur de tension
[photo à ajouter]

- Changement de pot : Nous avons changé le pot avec un en plastique pour limiter les signaux parasites
- Recherche de littératures en C201
- Etude du branchement de la connexion Midi avec l'arduino.