Planet Watch. Mesurons la qualité de l air en Belgique. Hypothèse asbl - rue Fush n Liège -

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1 Planet Watch Mesurons la qualité de l air en Belgique

2 Planet Watch Mesurons la qualité de l air en Belgique Le projet en quelques mots La finalité du projet présenté dans ce document consiste en la mise en réseau et l exploitation de données scientifiques concernant la qualité de l air : mesurée lors d une activité scientifique simple. Ce projet est proposé aux enseignants et aux élèves du premier degré du secondaire. Il permet de travailler plusieurs compétences présentes dans les socles du ministère de la communauté française et de se sensibiliser à un problème d environnement. Les résultats obtenus par les écoles réparties sur le territoire seront mis en réseau sur une carte interactive. Les classes (écoles) participantes auront une visibilité sur le site de mise en réseau des résultats. Il sera ainsi possible pour les élèves de comparer la qualité de l air de leur milieu proche avec celle de milieux plus ou moins éloignés. Notre projet permet aux élèves de travailler d une façon très actuelle et de découvrir l intérêt des technologies pour la mise en réseau de données. Cette démarche peut également leur permettre de «vivre» le travail d un scientifique. La mesure de la qualité de l air s effectue à l aide de bioindicateurs : des levures unicellulaires sensibles à la pollution atmosphérique qui poussent sur les feuilles d arbres. Cette activité ne peut s effectuer que du printemps à l automne, car les feuilles utilisées doivent être prélevées directement sur l arbre. Il sera important de suivre la démarche proposée dans ce document pas à pas et de manière très précise afin d obtenir des résultats analysables et comparables d une classe à l autre. Une série de 3 vidéos qui expliquent la procédure à suivre pour mener l expérience sont accèssibles sur les Sites Web :

3 Introduction Dans la suite de ce document, nous allons expliciter nos objectifs, les compétences travaillées, le matériel nécessaire ainsi que la démarche proposée. La démarche proposée dans ce projet comprend trois grandes parties : 1. Préparation et réalisation du prélèvement 2. Réalisation de l expérimentation 3. Mise en réseau et utilisation des différentes données récoltées Nous vous conseillons dans ce projet de consacrer une à deux périodes pour le prélèvement et la mise en culture et une période pour le comptage des colonies. Un temps supplémentaire pour la mise en réseau des résultats et l exploitation devra être prévu. Ce timing est à adapter selon votre contexte, mais il faut une semaine d écart entre la mise en culture et le comptage des colonies. Les objectifs de l activité proposée Mesurer la qualité de l air à l aide des levures roses des feuilles (bio indicateurs) en menant une activité expérimentale Mettre en réseau les données scientifiques obtenues concernant la qualité de l air Découvrir l intérêt des TIC et de la mise en réseau dans la démarche scientifique Quelques compétences qu il est possible de travailler 1. Des compétences transversales Saisir, communiquer et traiter des informations Exploiter l information et en vérifier la pertinence Rechercher des informations, les confronter et les organiser Utiliser divers supports de l information chiffrée (image, graphique, tableau de donnée ) Communiquer les démarches effectuées, les résultats d une enquête, d une recherche documentaire Résoudre, raisonner, argumenter et synthétiser Agir et interagir sur des matériels divers (tableaux, instruments de mesure ) Exposer et comparer ses arguments, ses méthodes, confronter ses résultats avec ceux des autres Identifier les ressemblances et les différences entre des propriétés et des situations issues de mêmes contextes ou de contextes différents Utiliser les technologies de l information et de la communication Agir et réagir : prendre une part active à l élaboration et à la réalisation d un projet pour promouvoir le sens des responsabilités vis-à-vis de l environnement

4 2. Des compétences disciplinaires Education par la technologie Savoir-faire Manipuler Réaliser les opérations nécessaires dans un ordre adéquat pour aboutir à l objet fixé Utiliser des outils, des matériaux et des équipements Organiser son espace de travail en fonction de la tâche à réaliser Respecter des normes de sécurité et d hygiène Eveil Initiation scientifique Savoir-faire Récolter des informations par la recherche expérimentale, l observation et la mesure Découvrir le travail en milieu stérile Lire et appliquer une procédure expérimentale simple Noter les résultats d une expérience Rassembler et organiser des informations sous une forme qui favorise la compréhension et la communication Analyser, interpréter et organiser les informations recueillies sous une forme qui favorise la compréhension et la communication Mettre en évidence les relations entre deux variables Effectuer une première approche du calcul scientifique S interroger à propos des résultats d une recherche Savoir Les êtres-vivants Les êtres vivants sont organisés au niveau des populations Les êtres vivants réagissent aux stimuli de leur environnement ainsi qu aux modifications de leur milieu de vie Les êtres vivants se reproduisent : approche de la croissance cellulaire L air, l eau, le sol Sensibilisation aux hommes et à leur environnement Les relations entre les êtres vivants et leur milieu Epuisement, destruction et pollution Approche critique des conséquences des recherches scientifiques et des applications technologiques Eveil Formation géographique Savoir-faire Utiliser des représentations de l espace Localiser un lieu : première approche de la latitude et de la longitude Situer l information dans un cadre spatial en s aidant de repères et de représentations spécifiques Savoir Identifier et caractériser les composantes d un paysage (fonction, structuration ) Les interactions homme/espace Identifier des caractéristiques des télécommunications Identifier des caractéristiques de la gestion de l air

5 Matériel nécessaire pour réaliser l ensemble de l activité Boites de Pétri * Boussoles-GPS + guide d utilisation * Agar-agar 20g * Glucose 10g * Support en polystyrène * Emportes-pièces (vide pomme) * *Ce matériel peut être emprunté à l asbl Hypothèse. Pinces (à épiler) Ciseaux Sacs de congélation Vaseline + de quoi déposer la vaseline dans les boites Alcool dénaturé ou alcool de fruits Plaque chauffante Poêlon Petite cuillère Récipiant pour l eau Marqueur Etiquettes autocollantes Latte ou équerre Papier collant Fouet pour mélanger la préparation agar-agar - eau - glucose Eponge Scotex Savon de vaisselle Binoculaire ou loupes Présentation des différents statuts de l expérience Lorsque des expériences sont proposées dans des séquences d apprentissage, elles n ont pas toujours la même fonction, la même place. Selon le statut occupé par l expérience, les apprentissages développés chez les élèves sont différents. Le tableau ci-dessous présente les différents statuts de l expérience. Selon le temps dont il dispose et le but qu il s est fixé, un enseignant peut proposer des expériences de manière graduelle mais il peut également proposer un type d expérience de manière plus ponctuelle. 1. Expérience de sensibilisation Provoquer la motivation de la classe : faire appel au vécu de l enfant, poser une question qui «intrigue» afin de donner du sens à l apprentissage. 2. Expérience pour ressentir Permettre la perception par le corps des phénomènes abordés. 3. Expérience action Comprendre «comment ça marche» Essai plutôt informel pour une première approche, pour se familiariser avec un concept. 4. Expérience à suivre réalisée par l élève Découvrir une loi ou illustrer un phénomène en suivant un protocole donné. 5. Expérience à concevoir Permettre à l enfant de vérifier son hypothèse par la conception d une expérience. L animateur est associé dans le processus de recherche avec l enfant. Il ne sait pas quelles expériences seront proposées par l enfant, il ne connaît peut-être pas les résultats de l expérience. Dans le cadre de ce projet, nous vous proposons une expérience à suivre. N hésitez pas à surfer sur notre site internet Vous pourrez y trouver d autres projets ainsi que des fiches expériences de tout type.

6 1. Préparation et réalisation du prélèvement Avant l expérience Détermination de la zone géographique à étudier Il est nécessaire de suivre certaines règles afin de déterminer une/des zone(s) de prélèvements des feuilles. Une zone étudiée ne peut pas excéder 1 ha = m 2. Dans cette zone, il faut repérer au minimum 3 érables et/ou frênes de la même zone afin de pouvoir effectuer des moyennes. Il faut décrire la zone de prélèvement. A condition de bien respecter ces règles, vous pouvez organiser le prélèvement avec vos élèves comme vous le désirez. Toutefois, les modalités de prélèvement devront être envoyées à l ASBL. Exemples de prélèvements réalisés Deux classes se sont rendues sur une même zone. La première classe a repéré 3 érables et la seconde 3 frênes. Par groupe de 3 ou 4, les élèves ont effectué des prélèvements sur le même arbre (1 prélévement/élève). Des moyennes ont ainsi été réalisées pour chaque arbre avant de réaliser la moyenne pour la zone. «Nous avons choisi pour cette étude de la qualité de l air de prélever des feuilles d érables et de frênes. En nous limitant à ces deux espèces d arbres, nous limitons la variabilité due au milieu de vie.» Deux classes se sont rendues à des moments différents sur deux zones différentes. Sur chaque zone, 6 arbres ont été repérés, par groupe de 2, les élèves ont effectué un prélèvement par arbre. Des moyennes ont été réalisées pour chaque zone. Six classes se sont rendues au même moment à des endroits différents de leur région afin d effectuer leur prélèvement. Des groupes d élèves repèrent un lieu près de chez eux et effectuent le prélèvement pour la zone (au moins trois arbres différents) le jour avant l expérimentation. Ils gardent leurs sachets avec le prélèvement au frigo. Le repérage est l occasion d utiliser avec les élèves une clé de détermination pour identifier les érables et les frênes. Nous vous proposons en annexe une clé de détermination synthétisée des feuillus. Il existe des guides de terrain destinés à cet usage. Nous conseillons à ce titre le livre de Christian Guillaume, Reconnaitre Les arbres aux éditions De Boeck. Celui-ci est actuellement épuisé en librairie mais disponible en bibliothèque. Enfin, pour faire le parallèle avec les TIC, il existe maintenant des applications que les élèves peuvent trouver sur Androïde et Appstore et qui permettent d identifier les arbres grâce aux GSM et aux tablettes. Elles fonctionnent soit en suivant une clé interactive*, soit en comparant la photo de l arbre à la base de données disponibles dans l application. *On avance dans la clé en répondant à des questions.

7 Préparation du prélèvement Les élèves doivent préparer des sachets (type sachet de congélation) sur lesquels ils vont coller une fiche de renseignements. Pour chaque prélèvement, il faut préparer une fiche qui contient les renseignements suivants : numéro ou lettre de référence donnée à votre prélévement date et heure de prélèvement commune, village de prélèvement données GPS du prélèvement espèce d arbre description du milieu : 1. non du lieu-dit 2. description du lieu : bois, jardin, centre ville 3. description des alentours : grand route, industrie Les renseignements de cette fiche seront à communiquer à l asbl Hypothèse et pourront être utilisé lors de la comparaison des différentes données mises en réseau. Prélèvement Quelques heures avant l expérience Prélever, le jour de l expérience, 4 feuilles sur les arbres repérés et les placer dans le sachet plastique correspondant. Les feuilles ne peuvent jamais être ramassées sur le sol et il faut les manipuler par le pétiole. S il n est pas possible de combiner prélèvement et expérience le jour même, le prélèvement peutêtre effectué la veille et les sacs plastiques placés au frigo.

8 2. Réalisation de l expérimentation Introduction L expérimentation consiste à mettre en culture des levures roses dans des boites de Petri. Chaque prélèvement de feuilles sera mis en culture en conditions stériles afin de récolter les levures roses présentes sur la surface inférieure des feuilles. Les levures roses qui se trouvent sur la face inférieure des feuilles tombent sur le milieu de culture et s y développent en colonies. Chaque levure donne en principe naissance à une colonie. Le nombre de colonies donne une indication sur la qualité de l air à l endroit où le prélèvement a été effectué. Préparation des boites de Pétri Matériel Boites de Petris stérile en plastique agar-agar glucose eau casserole alcool dénaturé fouet mélangeur poêlon Une partie de ce matériel peut être obtenu à l asbl Hypothèse (voir liste du matériel en prêt) il est également disponible chez les grossistes en matériel de laboratoire et en pharmacie. Mode opératoire Ce mode opératoire est prévu pour la création d environ 45 boites. Attention, pour éviter toute contamination des milieux de culture, il est important de respecter pour cette préparation des conditions minimales de stérilité. 1. Nettoyer la casserole avec de l alcool dénaturé. 2. Se désinfecter les mains avec la solution d alcool et nettoyer le plan de travail avec celui-ci. Durant la suite de la manipulation, il faut essayer d ouvrir le moins possible les boites de Petri et de ne pas parler lorsque vous les manipuler. 3. Dans la casserole, mélanger 20g d agar-agar dans un litre d eau 4. Ajouter 10g de glucose. 5. Porter à ébullition 6. Ouvrir une à une les boites de Petri, verser le mélange chaud pour recouvrir le fond d une épaisseur de 3 à 4 millimètres 7. Refermer le couvercle et laisser à plat sur la table. Il ne faut pas empiler les boites tant qu elles ne sont pas refroidies 8. Une fois le mélange gélifié, utiliser les boites ou les placer dans un frigo jusqu à leur utilisation

9 Mise en culture Matériel alcool dénaturé papier essuie-tout feuilles prélevées boites de Petri avec milieu de culture pince à bouts fins vaseline spatule emporte-pièce (vide pomme) support en polystyrène papier collant marqueur indélébile loupe ou binoculaire ciseaux Remarque Durant ce laboratoire, il va falloir éviter toutes contaminations des milieux de culture par des microbes : il faut donc veiller à respecter des conditions de stérilité. Pensez à attacher vos cheveux. Préparation de la zone d expérimentation 1. Laver ses mains à l alcool dénaturé. 2. Nettoyer la table de travail à l alcool dénaturé. Placer un carré d essuie-tout sur la table. Le carré de papier délimite le «champ stérile». 3. Placer le matériel dans le «champ stérile». Rien ne doit y entrer sans être désinfecté. Prélèvement des échantillons de feuilles et mise en culture 1. Sans l ouvrir, désinfecter l extérieur d une boite de Petri à l alcool dénaturé et la placer dans la zone stérile. 2. Tracer au feutre 6 secteurs sur le couvercle de la boite de Petri, les numéroter de 1 à Tracer ensuite les 6 secteurs correspondants sur le fond de la boite. 4. Sortir une à une les feuilles du sac de congélation et les déposer sur la table face inférieure vers le haut (manipulation par le pétiole). 5. Déposer la feuille face inférieure vers le haut sur le morceau de polystyrène. 6. A l aide de l emporte-pièce, découper sur chaque feuille 2 rondelles à cheval sur la nervure primaire (nervure centrale). 7. Pour prélever la rondelle facilement, il faut maintenir son morceau de polystyrène et faire tourner l emporte-pièce. Il vous faudra au total 6 rondelles, la quatrième feuille sert uniquement si l une des trois autres est endommagée. 8. Sans les toucher avec les doigts (utiliser la pince désinfectée), déposer les rondelles sur la table, toujours face inférieure vers le haut. 9. Ouvrir une boite et déposer le couvercle côté intérieur vers le haut.

10 10. Poser l autre partie (avec le milieu stérile) le côté intérieur vers le bas afin d éviter qu il ne s infecte au contact de l air. 11. Déposer une pointe de vaseline dans le couvercle dans chaque secteur à l aide d une petite spatule. 12. A l aide de la pince, fixer les rondelles de feuilles (toujours face inférieure vers le haut) sur les points de vaseline. 13. Refermer la boite et fixer le couvercle au moyen de papier collant. Sur la tranche de la boite de Pétri noter s il s agit de l arbre 1, 2 ou 3 - le nom de la zone - la date et l heure de la mise en culture, votre nom. 14. Laisser reposer les boites de Pétri telles quelles durant 24h à température ambiante. La tombée des spores commence. (Bien vérifier que les boites sont dans le sens qui permet la tombée des spores des feuilles sur le milieu de culture) 24 h après 24h après le début de l expérience, retourner les boites (arrêt de la tombée des spores) (couvercle vers le bas). Une semaine après Placer chaque boite à Pétri sous un binoculaire et compter les colonies roses dans chaque secteur. Indiquer les résultats obtenus dans des tableaux et effectuer les moyennes. Rassembler l ensemble des résultats et tirer une conclusion sur la qualité de l air dans la région analysée. Lieu de prélèvement Date du prélèvement : Zones des boites de Pétri Coordonnées GPS des arbres choisis Heure de prélèvement Arbres (essences) Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4 Zone 5 Zone 6 Moyenne Moyenne totale pour le territoire étudié Classes (cultures/cm 2 ) De 0 à 5 Signification (degré de pollution) Qualité de l air mauvaise De 6 à 20 Qualité de l air médiocre De 21 à 50 Qualité de l air modérément bonne De 51 à 90 Qualité de l air bonne 91 et plus Qualité de l air excellente

11 Mise en réseau et utilisation des données Pour transférer vos données sur le site Web : Rendez-vous sur le site Web des relevés des données à l adresse suivante : Quelles sont les pistes d exploitation possible? Comparer les différents résultats, émettre des hypothèses concernant les différences et repérez quelques-unes des sources de pollution de l air. Pistes de réflexions pouvant être abordées : les résultats de notre école permettent-ils de tirer les mêmes conclusions que pour les autres écoles? Y-a-t-il des facteurs qui peuvent expliquer les similitudes, les différences de résultats? La localisation de nos prélèvements a-telle un effet sur les résultats?... Evaluation comparative de la qualité de l air aux différents endroits de mesure. Travailler sur la pollution et la qualité de l air avec les élèves. Un dossier pédagogique pour créer une conférence sur l air et le climat pour le dernier degré du primaire est disponible et adaptable sur Faire des liens avec le cours sur l air et la respiration : qu est-ce que l air? Quelle est sa composition? Quelles sont ses propriétés? Quel est son rôle dans la respiration?... Mener des recherches et des démarches en ce qui concerne l écologie, la biodiversité, les écosystèmes, l environnement Le lien entre la biodiversité, les écosystèmes et la pollution atmosphérique est d ailleurs explicité dans le plan airclimat de la fédération Wallonie-Bruxelles page Ce plan est disponible sur pouvez également trouver des publications sur ces sujets sur Comparer les résultats obtenus avec les levures roses, si on utilise d autres bioindicateurs comme les lichens.

12 Source :

13 Remerciements Nous remercions les étudiants, les professeurs et les directeurs pour leur accueil et leur collaboration. Les enseignants associés au projet pilote : Gallez Benoit - IATA Namur Midrez (Servais) Anne et Brisbois Aurélie - AR Hautes Fagnes Stavelot Jourdois Sabina - Lycée provincial Albert Libiez Colfontaine Haine Julie - Lycée la retraite Bruxelles Richard Fabian - Col. Sainte-Croix et Notre-Dame Hannut Les activités de l asbl Hypothèse concourent àpromouvoir l apprentissage des sciences chez l enfant comme moyen de développement personnel et comme facteur d intégration sociale. Les démarches proposées préconisent un cheminement précis partant des préconceptions, du questionnement, s ouvrant au monde extérieur pour amener progressivement à des savoirs disciplinaires, des savoirs faire et des savoirs être. La recherche d informations pour construire des réponses se fera de manière active et réflexive par le biais de l expérimentation, de l observation, de l utilisation de modèles, de la recherche documentaire, de l utilisation des TIC et éventuellement de la rencontre avec des personnes ressources. Cette façon d approcher les sciences fait de l asbl Hypothèse un lieu de réflexion, de recherche, de ressources, de formation, de productions et publications dans le domaine de l éducation scientifique et technologique. Notre groupe propose des formations pour enseignants et animateurs, un accompagnement dans l animation, une aide à la conception de projets et d idées d activité d éveil. Projet mené par Maison de l environnement Rue Fusch, n Liège Téléphone : 04/