LA MAIN A LA PATE Le cycle de l eau Cycle 3 Le cycle de l eau.

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1 LA MAIN A LA PATE Le cycle de l eau Cycle 3 Le cycle de l eau. Le cycle de l eau cycle 3 - doc Ecole des Mines de Nantes 1

2 LA MAIN A LA PATE Le cycle de l eau Cycle 3 Le cycle de l'eau. PROGRESSION GENERALE D où vient l eau? Séance n1 : Recueil des conceptions initiales des élèves à propos du cycle de l eau. Séance n 2 : L expérience consiste à faire fondre des glaçons en relevant la température. On différencie les éléments qui permettent d effectuer de bonnes mesures (place du thermomètre, nombre de glaçons, etc.). Tracé de la courbe de fusion de la glace. Séance n3 : Formation du brouillard et de la pluie par condensation : observation des gouttes d eau qui apparaissent sur une plaque froide placée au-dessus d un récipient rempli d eau chaude. Notions d évaporation et de condensation. Bilan intermédiaire sur le cycle de l eau. Où va l eau du ciel? Séance n 4 : Les élèves imaginent des expériences qui montrent comment l eau pénètre dans le sol. Notion de sol perméable ou imperméable. A quoi sert-elle? Séance n5 : L eau sert à faire pousser les plantes : germination de graines, en faisant varier différents paramètres. Séance n6 : L eau et les hommes : la consommation de l eau à la maison. Comment filtrer une eau naturelle non-traitée? Expérience de filtrations. On pourra se référer pour ce thème aux fiches connaissances suivantes qui se trouvent sur le site Internet du M.E.N et dont l adresse est : - Mélanges et solutions - Etats de la matière et changements d état - Stades de la vie d'un être vivant - Fonctions communes des êtres vivants - Besoins des végétaux - Divers modes de reproduction - Évolution des êtres vivants - De l'ordre dans le monde vivant Le cycle de l eau cycle 3 - doc Ecole des Mines de Nantes 2

3 LA MAIN A LA PATE Le cycle de l eau Cycle 3 Le cycle de l'eau. LISTE DU MATERIEL Pour une classe de 30 élèves (7 groupes) : 7 thermomètres 7 bacs plastique 21 verres plastique 7 plaques de verre éponges, essuie-tout 2 bacs à glaçons 40 bouteilles plastique (à apporter de la maison) terre, gravier, argile, coton, passoire (à apporter de la maison) charbon de bois actif 16 filtres à café graines diverses : haricot, radis, lentille, cresson, etc. grillage très fin 7 arrosoirs de plage (à apporter de la maison) 7 chronomètres Le cycle de l eau cycle 3 - doc Ecole des Mines de Nantes 3

4 LA MAIN A LA PATE Le cycle de l eau Cycle 3 LE CYCLE DE L EAU (Cycle 3) Place dans le programme : La matière et l énergie (l eau : ébullition et évaporation, congélation) Le cycle de l eau dans la nature. 1. QUESTIONNEMENT INITIAL (séance 1) Objectifs: Recueillir les conceptions et connaissances initiales des élèves sur le thème proposé. Vocabulaire : Cours d eau, égouts, glace,neige, pluie, source. Déroulement : On peut engager la discussion en posant quelques questions du type : d où vient l eau? (de la pluie, du robinet), où va l eau? (dans la terre, dans la mer, dans les égouts). A quoi sert l eau? L enseignant pourra alors noter au tableau les différentes réponses pour faire le bilan. 2. L EAU DU CIEL 2.1. La pluie et la grêle (séance 2) Objectif : Montrer qu il existe un lien entre la température et l état de l eau. Tracer un graphe. Utiliser un instrument de mesure : le thermomètre. Vocabulaire : Glace, graphe, température, thermomètre. Matériel : Pour un groupe de 4 : Le cycle de l eau cycle 3 - doc Ecole des Mines de Nantes 4

5 3 verres en plastique 1 bac plastique 1 thermomètre (-10 C 50C) de la glace pilée. Déroulement : 1 ère expérience : Les élèves, par groupe, relèvent la température dans les 3 verres en plastique dont ils auront choisi le contenu, par exemple : eau, eau+glace, glace pilée ou rien. A la fin de cette première expérience, l enseignant fait le bilan des observations en insistant sur la bonne utilisation d un thermomètre (comment lire la température, position dans le verre,...). 0C température (en C) On obtiendra un graphe du type : Glace + eau liquide Glace Eau liquide 2 ème expérience : L enseignant demande aux élèves de prendre la température de la glace pilée qui fond, en essayant de faire un relevé continu, et de tracer le graphe correspondant. Il pourra donner le temps par des «tops» toutes les 2 min, par exemple. L enseignant pourra noter un palier autour de 0C, tant qu il y a de la glace et de l eau. Pour les 2 expériences, les élèves pourront utiliser la feuille donnée en annexe pour noter leurs relevés de température et leurs observations. temps (en min) Pour aller plus loin : En rajoutant du sel dans la glace, on peut mesurer des températures bien inférieures à 0C. On peut ainsi fabriquer un mini-congélateur Le brouillard et les nuages (séance 3) Objectif : Faire le point sur l évaporation : l eau n a pas disparu, elle est dans l air sous forme de minuscules particules. On peut la faire réapparaître : l eau invisible se condense au contact du froid. Le cycle de l eau cycle 3 - doc Ecole des Mines de Nantes 5

6 Vocabulaire : Buée, condensation, évaporation, rosée. Matériel : Pour un groupe de 4 : 1 bac plastique 1 plaque de verre de l eau chaude. Pour la classe : 1 bouteille plastique d eau congelée 1 bac rempli d eau chaude des élastiques. Déroulement : On souhaite observer ce qui se passe sur plaque de verre froide placée au-dessus d un bac plastique rempli d eau chaude. Buée Plaque de verre froide Eau très chaude L enseignant demande aux élèves de prévoir ce qui va se passer puis ils expérimentent et dessinent leurs expériences. On pourra faire observer entre autre la condensation de la vapeur d eau sur la plaque de verre et relier les observations avec l apparition de la buée sur les vitres de la classe quand l air ambiant est humide. Une deuxième expérience peut être montée en parallèle, par l enseignant dans la classe : glace bouteille d eau congelée suspendue au dessus d un récipient rempli d eau Eau très chaude De la condensation se forme sur la bouteille, puis des gouttes d eau tombent (comme la pluie). Le cycle de l eau cycle 3 - doc Ecole des Mines de Nantes 6

7 Pour aller plus loin : Lien avec la maison : le sèche linge, les flaques d eau qui disparaissent, les cheveux qui sèchent. Expliquer le phénomène de rosée le matin, le rôle des océans dans l évaporation de l eau, comme le montre le dessin page QUE DEVIENT L EAU DU CIEL? 3.1. Elle ruisselle (séance 4), puis : pénètre dans le sol. est stockée (lacs, mer). s évapore. Objectifs : Expérimenter la pénétration de l eau dans différents types de sols. Classer ces différents types de sols en fonction de leur perméabilité. Vocabulaire : Filtre, nappe phréatique, pénétration dans le sol, perméabilité. Matériel : Pour un groupe de 4 : 4 bouteilles en plastique coupées en deux 1 petit arrosoir de plage terre, argile, gravier, sable 1 chronomètre 4 grands filtres à café. eau versée avec l arrosoir Déroulement : On demande aux élèves d imaginer des expériences qui montrent comment l eau pénètre dans le sol. Chaque groupe met en place des expériences à partir du matériel sable ou terre ou gravier ou argile...déposé dans filtre à café bouteille coupée en deux Le cycle de l eau cycle 3 - doc Ecole des Mines de Nantes 7

8 reçu. On peut discuter ensemble des solutions proposées. On veillera à ce que les élèves se posent la question de la répartition des tâches et du travail en équipe. En effet, il faudra simultanément verser l eau au-dessus du dispositif et déclencher le chronomètre qui mesure le temps de passage de l eau à travers les différents sols. Il faudra ensuite repérer l instant où la première goutte d eau est passée à travers «le filtre» pour arrêter le chronomètre. Pour que la comparaison soit pertinente, il est indispensable de mettre à chaque fois la même hauteur de «sol» et de verser le même volume d eau. Les élèves pourront également observer l aspect de l eau «filtrée» (substances dissoutes qui sont utiles pour la nutrition des plantes lien avec la séance suivante). Les résultats sont ensuite mis en commun. On fait les conclusions qui s imposent quant aux propriétés des différents sols. On introduira les mots «perméables», «imperméables». Pour aller plus loin : On peut parler des nappes phréatiques dans le sous-sol, de la pollution de l eau L eau de pluie est consommée L eau sert à faire pousser les plantes ; germination de graines (séance 5). Objectif : Montrer que l eau est consommée par les végétaux et est vitale pour leur développement. Vocabulaire : Croissance, germination, plante, végétal. Matériel : Pour un groupe de 4 : 6 fonds de bouteille en plastique du coton de la terre Le cycle de l eau cycle 3 - doc Ecole des Mines de Nantes 8

9 graines diverses (haricots, cressons, radis, lentilles etc...) Déroulement : On demande aux élèves de mettre en évidence quels éléments interviennent dans la germination d une graine et en particulier l élément eau. Chaque groupe a donc pour consigne de mettre en place son expérience en précisant les paramètres qu il retient : fréquence de l arrosage, type de la graine, quantité d eau versée, support utilisé (terre ou coton), etc... L intérêt est d insister sur le fait que l on doit tester les paramètres séparément. Dans le cas contraire, aucune conclusion n est possible. Dans chaque expérience, on veillera donc à ce que les élèves comprennent qu il ne faut changer qu une seule caractéristique à la fois (fréquence de l arrosage, nature de la graine, quantité d eau versée, sols) par rapport à une expérience témoin. Les observations seront faites sur plusieurs jours en organisant un roulement pour les arrosages et le relevé des observations. Pour aller plus loin : On peut proposer pour chaque groupe, une expérience supplémentaire avec un œillet blanc dont la tige est plongée dans de l eau colorée. Au bout de quelques heures les pétales de l œillet se colorent. Etudier l influence des précipitations, dans la région, sur la nature durant l année. Les plantes de la maison ont-elles besoin de beaucoup d eau? L eau est consommée par l homme, mais comment avoir une eau propre? (séance 6) Objectif : Mettre en évidence que l eau est aussi vitale pour l homme. Faire apparaître que l eau consommée a subi une filtration naturelle ou artificielle. Vocabulaire : Eau potable, eau limpide, filtre Le cycle de l eau cycle 3 - doc Ecole des Mines de Nantes 9

10 Matériel : Pour un groupe de 4 : 1 bouteille en plastique du charbon de bois actif du sable (lavé), graviers, coton des filtres divers (passoires, à café, chiffon ) Déroulement : On pourra, au préalable, demander aux élèves de faire une enquête chez eux : où et comment consomme-t-on de l eau à la maison? D où vient-elle? Là encore, une mise en commun au tableau permet de faire un bilan intermédiaire. Ayant, avant la séance, récupéré de l eau naturelle non traitée (par exemple dans une rivière, dans la mer, dans une flaque d eau...), on propose aux élèves de boire cette eau : réaction des élèves qui s opposent à cette proposition. C est l occasion de leur demander d imaginer une expérience pour rendre plus propre cette eau. La séance peut alors se faire en 2 temps : 1 er temps : chaque groupe met en place l expérience qu il a imaginée et l enseignant fait ensuite la synthèse des expériences en comparant les résultats obtenus avec l eau de départ. Certains vont proposer la décantation, d autres vont filtrer avec des grillages, des filtres à café... Les élèves obtiennent en général une eau plus claire, mais pas encore limpide. Il faudrait faire évaporer l eau et la recondenser pour obtenir un résultat plus probant, mais elle ne serait pas encore potable! 2 ème temps : l enseignant propose à la classe un modèle plus élaboré pour filtrer l eau et qui représente grossièrement ce qui se passe dans un sol : L eau filtrée apparaît plus limpide mais il faut préciser aux élèves qu elle n est pas encore potable car elle contient par exemple des organismes vivants microscopiques (des bactéries, etc.) qui la rendent impropre à la Charbon actif Gravier Sable Coton Eau à filtrer bouteille coupée en deux. Le cycle de l eau cycle 3 - doc Ecole des Mines de Nantes 10

11 consommation. Pour la boire, il faudrait envisager un traitement chimique adapté. La couche charbon sert principalement à «piéger» les odeurs, celle de gravier à retenir les grosses particules, celle de sable à retenir les particules moyennes et enfin celle de coton les particules fines. Pour aller plus loin : On peut visiter une station de traitement des eaux, et faire également le cycle industriel de l eau : du robinet au robinet en passant par la station Pour conclure sur le cycle de l eau, on peut envisager la réalisation d un schéma qui représente le cycle de l eau. Nuage Vent Pluie neige Infiltration Glacier Source torrent Rivière Evaporation- Transpiration Evaporation Fleuve Station d épuration Mer Usine de traitement d eau Ecoulement Nappe d eau souterraine Station de pompage Source Internet : Château d eau Le cycle de l eau cycle 3 - doc Ecole des Mines de Nantes 11

12 LA MAIN A LA PATE Le cycle de l eau Cycle 3 Annexe L eau du ciel : la pluie, la grêle 1 ère expérience : Contenu du verre : Contenu du verre : Contenu du verre : Température (en C) : Température (en C) : Température (en C) : T=...C T=...C T=...C ème expérience : Je mesure la température de la glace : Température en C Temps en minute Température en C Temps en minute Température en C Temps en minute Le cycle de l eau cycle 3 - doc Ecole des Mines de Nantes 12