Simulateur d'aube maison

Une lumière s'allumant sur plusieurs dizaines de minutes permet un réveil en douceur. Un simulateur d'aube du commerce coûtant entre 70 et 300 euros, j'ai préféré en fabriquer un moi-même.

Le problème du réveil

Les mammifères, dont les humains, synchronisent leur rythme circadien avec le cycle journalier à l'aide, notamment, de signaux lumineux captés par leurs yeux, même paupières fermées. Or nos rythmes modernes ne sont plus liés au soleil. L'utilisation d'éclairage artificiel achève d'ailleurs de nous déconnecter du rythme imposé par le mouvement de notre planète . Ces changements dans notre mode viee sont survenus trop rapidement par rapport à la vitesse de l'évolution naturelle, ne laissant pas le temps à nos corps de s'y adapter. (Phénomène que l'on retrouve dans d'autres domaines, en particulier celui de la nutrition.)

Notre corps régule l'état d'éveil ou de repos à l'aide d'hormones, dont le cortisol . Un état éveillé correspond à un niveau élevé de cortisol, tandis que le repos correspond à un niveau bas. Dans la nature, la secrétion matinale de cortisone s'effectue avant le lever, de façon à ce qu'à l'éveil, le niveau soit suffisant. Or que cette secrétion est synchronisée avec le rythme terrestre par un signal lumineux : la lente illumination de l'aube. Cette augmentation progressive de la luminosité, avant le réveil, déclenche donc la secrétion du cortisol, ou du moins en régule la phase. Si on est brusquement réveillé avant que cette secrétion soit achevée, c'est-à-dire avec des niveaux insuffisants de cortisol, on va être fatigué et de mauvaise humeur. C'est pourquoi nos matins sont souvent difficiles en hiver, car typiquement on se réveille dans le noir, par le bruit haï d'un réveil-matin.

Et non, ce n'est pas du pipeau new-age. Une recherche rapide sur Pubmed permet de dénicher des articles scientifiques expliquant tout ça:

La solution

La solution est heureusement tout aussi simple. Une lumière s'allumant progressivement précède le réveil, de façon à induire la secrétion de cortisol, quelle que soit l'heure de réveil. Les appareils produisant ce signal sont appelés simulateurs d'aube, . Vous pouvez en trouver aujourd'hui dans tous les magasins d'électroménager. Toutefois ils sont assez coûteux. Exemple : chez Darty, ils commencent à 85 euros .

Expérimentation

Comme je ne savais pas si ça allait m'aider le matin, l'investissement m'a semblé trop risqué. En effet, même si les modèles commencent à 85 euros, peut-être aurait-il fallu allers jusqu'au modèle à 300 euros pour avoir un résultat.

Donc, j'ai d'abord procédé à un petit test à l'aide de matériel que j'avais à disposition et qui donc ne m'a rien coûté.

J'ai connecté un ordinateur à un spot halogène 12 V que j'ai suspendu au-dessus de mon oreiller et j'ai programmé l'ordinateur pour qu'il produise un lent allumage avant l'aube.

J'ai trouvé le résultat très satisfaisant. Le réveil est très agréable et s'effectue en douceur.

Techniquement, j'ai pris la sortie son de mon Eee PC, je l'ai amplifié et rectifié à l'aide d'un ampli-op monté en redresseur, un second ampli-op commandant un transistor en source de courant. Un petit programme Ocaml, lancé une heure avant l'heure de réveil, produit alors en sortie une sinusoïde d'amplitude augmentant progressivement.

Réalisation

Après validation du concept, j'ai décidé de fabriquer un simulateur d'aube permanent. (Hors de question en effet que je dédie mon Eee PC à cette basse tâche.) Comme j'aime bien les noms pompeux, je l'ai baptisé "Dawnsim 9900".

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Le boîtier, avec un réveil-matin radiopiloté DCF77 en haut.

J'aurais pu faire une horloge complète contrôlée par microprocesseur, avec un module de réception DCF-77, un affichage à LED, des boutons de contrôle, etc. Mais je voulais un circuit peu coûteux, peu complexe, réalisable par tout un chacun sur une carte perforée et sans programmateur spécial. (Chacun a son microcontrôleur favori, je préfère les AVR plutôt que les PIC, ce qui produit un fâcheux effet "tour de Babel" en électronique.)

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Diagramme fonctionnel

J'ai donc décidé d'utiliser un réveil-matin pour fournir le signal de déclenchement, en débranchant son beeper piézoélectrique. À 10 euros le réveil DCF-77 (chez Selectronic), impossible de faire moins cher de toutes pièces. Ensuite, j'ai fait un circuit simple sans microcontrôleur qui produit et amplifie une rampe de courant qui alimente deux petites ampoules de lampe-torche, placées sur des réflecteurs visant les deux oreillers du lit.

Description du circuit

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Le schéma du circuit, à jour.

Le signal émis par le réveil-matin est constitué de trains d'ondes rectangulaires de quelques kilohertz, qui comporte toutefois des composantes harmoniques atteignant les 100 volts. Un filtre passif constitué de diodes écrêtrices, d'un passe-bande RC et d'un rectificateur à base de diode Schottky fournit un signal carré d'une amplitude d'environ 0,6 V, celui-ci est amplifié par un LM 324 (ampli-op capable de balayer jusqu'à 0 V), passe par un trigger de Schmitt (un 4093) et attaque le signal _SET d'une bascule R-S réalisée à l'aide de deux portes NAND (ceux du 4093, le fait qu'ils soient à trigger de Schmitt ne posant pas de problème). Le signal _RESET de la bascule est connecté à un bouton poussoir STOP qui permet d'arrêter la simulation et d'éteindre la lumière. La sortie positive de la bascule attaque également, via le transistor T1, une DEL indicatrice.

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Le circuit. Quelques modifications ont été apportées depuis la prise de cette photo.

La sortie de la bascule, tamponnée par IC1B configuré en suiveur de tension, est divisé par le potentiomètre R14 et attaque la base du transistor PNP Q2 qui charge le condensateur C8 (3300 µF) avec un courant constant de l'ordre de 50 nA. La tension aux bornes de C8 programme, via l'ampli-op IC1C, le courant émetteur du transistor Q1, un BD139 monté sur radiateur. Le collecteur de celui-ci est connecté à deux lampes de type "lampe torche" Varta 792 Krypton 4,8 V 0,75 A.

Le boîtier est alimenté par un petit bloc secteur à découpage 12 V 1,2 A. Un fusible d'un ampère protège celui-ci. L'alimentation de la partie logique du circuit se fait à l'aide d'un petit régulateur 78L05 qui fournit 5 V sous 100 mA maximum, sachant qu'en fonction du ß du transistor de puissance, la consommation peut aller jusqu'à 80 mA. Le courant commandé par le transistor "de puissance" BD 139 est directement pris de la sortie du bloc secteur (qui, à vide, fournit en fait de l'ordre de 13.5 V) - après le fusible, bien entendu. Deux résistances de 1 ohm en parallèle permettent à l'ampli-op IC1C de contrôler le courant de collecteur via la tension base-émetteur. Les R7, D6 et D7 permettent de limiter celui-ci en cas de panne d'IC1C.

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Les spots installés au-dessus de notre lit. Il s'agit d'embouts de lampe-torche dont les ampoules ont été remplacées par des ampoules plus puissantes

Révisions

1er mars 2009

Les embouts de lampe torche bas prix n'ont pas supporté la chaleur dégagée par les ampoules. Je les ai remplacé par un spot halogène 12V.

2 mars 2009

Bien que le BD139 initial puisse commuter le 1,2 A nécessaires à l'opération (minimale) du spot, sa résistance thermique jonction-boîtier est bien trop grande pour permettre la dissipation des 10 à 12 W dégagés lors de l'allumage progressif. Je le remplace donc par un BD 241 monté à l'extérieur sur un radiateur à 3,3 K/W. C'est moins joli, mais au moins ça ne chauffe pas.

3 mars 2009

Comme le petit bloc secteur n'est capable de fournir que 1,2 A, les lampes krypton s'avèrent en fait plus lumineuses que le spot 20W sous-alimenté. Je décide donc d'abandonner le spot. J'ai donc confectionné un support à l'aide de câble de cuivre de fort diamètre et j'ai soudé les culots. Comme il n'y a plus de réflecteur parabolique, je placerai les spots au-dessus du lit.

Également: Utilisation du dernier ampli libre sur le LM 324. Le condensateur se charge désormais jusqu'à 3,5 V environ avec un courant plus fort (1,8 µA). L'ampli fait tampon et permet de ramener la tension à l'intervalle 0­380 mV, limité par la saturation de l'amplificateur. Le dispositif de protection R7, D6, D7 n'est donc plus vraiment nécessaire mais je le laisse au cas où.

Ajout du

Améliorations possibles

Évidemment le mieux serait un circuit à commande numérique, mais là j'avais envie de faire de l'analogique. La prochaine version sera probablement constituée d'un AVR, d'un module DCF77, d'un affichage intégré, et commandera un spot secteur par triac.

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Les mêmes spots, allumés.

2009-02-27