Défi 1 : Qu'est-ce qui influe sur la flottabilité?

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1 Défi 1 : Qu'est-ce qui influe sur la flottabilité? Objectifs : Rappel d'une des propriétés de l'eau : la flottabilité ; influence de la masse, de la forme et de la densité de l'eau Matériel : pour l'ensemble des ateliers tournants Bacs en plastique Balance de Roberval poids boîtes vides de pellicules photos paille pâte à modeler ficelle sel billes bouteilles en plastique Organisation et déroulement : Placer les élèves par groupe de 2/3 et expliquer le principe des 5 ateliers tournants (10 min par atelier). Les élèves disposent d'un questionnaire qu'ils renseignent sur chaque atelier. Collectivement effectuer un rappel sur la flottabilité: proposer divers objets, vérifier leur flottabilité, établir un classement et émettre quelques hypothèses sur les conditions de flottabilité (masse, forme) - atelier 1 : influence de la masse de l'objet sur la flottabilité Réaliser une expérience permettant de savoir si 2 objets de même forme mais de masses différentes flottent de la même façon. Matériel: bac rempli d'eau billes boîtes de pellicules photos Conclusion : Des objets de même forme mais de masses différentes ne flottent pas de la même façon. - atelier 2 : influence de la forme de l'objet sur la flottabilité Après avoir constaté qu'une boule de pâte à modeler coule, réaliser une expérience permettant de faire flotter la pâte à modeler. Matériel: bac rempli d'eau pâte à modeler Conclusion : Des objets de même masse mais de formes différentes ne flottent pas de la même façon.

2 - atelier 3 : influence de l'eau sur la flottabilité (notion de poussée d'archimède) Immerger une petite bouteille vide et fermée. La relâcher et constater ce qui se passe. Matériel : bac rempli d'eau petite bouteille plastique fermée Conclusion : l'eau exerce une force de bas en haut sur un objet qui flotte. - atelier 4 : influence de l'eau sur les objets qui coulent (notion de poussée d'archimède) Réaliser l'expérience ci-dessous et conclure. Puis place un bac d'eau sous le poids suspendu. Matériel: bac rempli d'eau balance de Roberval poids ficelle et pâte à fixer Expérience: Constat: Conclusion : l'eau exerce une force de bas en haut sur un objet qui coule. - atelier 5 : influence de la densité de l'eau Réaliser un densimètre avec une paille et un morceau de pâte à modeler; puis le plonger dans une bouteille d'eau douce et dans une bouteille d'eau salée. Constater. Matériel: 2 bouteilles : une remplie d'eau douce et une autre remplie d'eau salée une paille de la pâte à modeler Conclusion : l'eau salée est plus dense que l'eau douce et oppose plus de résistance

3 Fiche groupe d'élèves:. FICHE D EXPERIENCE du DEFI 1 Qu'est-ce qui influe sur la flottabilité? Réalise les expériences et complète le questionnaire sur chacun des ateliers : Atelier 1 : Place dans chaque boîte un nombre différent de billes, ferme bien les boîtes et mets dans un bac rempli d'eau. Que constates-tu? - Entoure les bonnes réponses : Les boîtes flottent-elles toutes à la même hauteur? oui / non Quelles sont les boîtes qui descendent le plus au fond? les plus lourdes / les moins lourdes - Complète les phrases : Quand les objets ont la même forme, les plus..flottent plus facilement. La flottabilité d'un objet dépend donc de sa... - Complète le schéma : Atelier 2 : Prends un morceau de pâte à modeler, fais-en une boule et plonge-le dans l'eau. Que constates-tu? - Entoure la bonne réponse : Elle coule / elle flotte Prends le même morceau de pâte à modeler et donne lui une forme qui lui permette de flotter. - Réponds à la question et entoure la bonne réponse : Qu'as-tu fait à la pâte à modeler pour qu'elle flotte? La pâte à modeler est : plus lourde qu'avant plus légère qu'avant de même masse - Complète les phrases: Quand les objets ont la même masse, les plus..flottent plus facilement. La flottabilité d'un objet dépend donc de sa... - Complète le schéma : Atelier 3 : Prends une bouteille vide, ferme-la et mets-la dans l'eau. Que constates-tu? - Entoure la bonne réponse : Elle coule / elle flotte Maintiens-la ensuite tout au fond de l'eau, puis relâche-la. Que se passe-t-il? - Complète la phrase et entoure la bonne réponse : Quand on lâche la bouteille, Qu'est-ce qui provoque ce phénomène? la bouteille / l'eau - Complète les phrases: L'eau agit sur les objets qui flottent, elle les Complète le schéma :

4 Atelier 4 : Fixe un poids suspendu par une ficelle à l'un des plateaux de la balance. Réalise l'équilibre de la balance avec les masses marquées (ou poids). Place ensuite le bac d'eau sous le poids suspendu en l'immergeant totalement, mais sans qu'il ne touche le fond du bac. Que constates-tu? - Entoure la bonne réponse : Que constates-tu pour le poids? il flotte / il coule Que constates-tu au niveau de la balance? L'aiguille ne bouge pas / elle penche du côté du poids suspendu Elle penche de l'autre côté C'est comme si : on n'avait rien touché / on avait tiré sur le poids suspendu vers le bas (il paraît plus lourd) on l'avait poussé vers le haut (il paraît moins lourd) Qu'est-ce qui provoque ce phénomène? le bac / l'eau / le poids - Complète la phrase : L'eau agit sur les objets qui coulent, elle les Complète le schéma : Atelier 5 : Colle un petit morceau de pâte à modeler à une extrémité de la paille. Plonge-la dans la bouteille d'eau douce sans toucher le fond. Relève la hauteur de la paille; puis place-la dans la bouteille d'eau salée. - Que constates-tu?. - Complète la phrase : Un objet flotte plus facilement dans l'eau. que dans l'eau - Complète le schéma :

5 Défi 2 : Comment faire disparaître l'eau d'un récipient sans la boire, ni la jeter? Objectifs : Prendre conscience d'un des changements d'états de l eau (évaporation) Repérer les facteurs d'évaporation ( vent, chaleur) Différencier "évaporation" et "ébullition" Matériel : pour un groupe d enfants Une bouteille d eau Contenants divers : casserole, assiette, verre, plat, bol Thermomètres Plaque électrique, sèche cheveux, radiateur Organisation et déroulement : - Présenter collectivement la situation problème aux élèves, leur laisser un petit temps de réflexion individuelle. - Les placer par groupe pour qu'ils échangent leurs stratégies et définissent celle qui pensent convenir. - Leur demander de dessiner leur protocole expérimental et d'expliquer ce qui va se passer. - Expérimentation: les élèves choisissent le matériel et mettent en place l'expérience. Ils notent des observations et relèvent leurs premières conclusions. - Mise en commun des différents procédés. Mise en évidence des procédés plus efficaces que d'autres et ceux incorrects. - Rédaction d'un écrit collectif: protocole expérimental et conclusion collective.

6 Fiche groupe d'élèves:. FICHE D EXPERIENCE du DEFI 2 Comment faire disparaître l'eau d'un récipient sans la boire, ni la jeter? Dessinez l expérience : Ecrivez ce qui s est passé :

7 Fiche élève synthèse FICHE D EXPERIENCE du DEFI 2 Comment faire disparaître l'eau d'un récipient sans la boire, ni la jeter? Matériel nécessaire : Schéma du protocole expérimental : Conclusion :

8 Fiche synthèse trace collective FICHE D EXPERIENCE du DEFI 2 Comment faire disparaître l'eau d'un récipient sans la boire, ni la jeter? Schéma du protocole expérimental : Un verre Une assiette Un plat La surface du sol: une flaque d'eau sur la route Quelque soit le récipient dans lequel se trouve l'eau, elle s'évapore dès lors qu'elle est en contact avec l'air. Plus la surface de contact avec l'air est importante, plus l'évaporation de l'eau est importante. Exemple : l'évaporation est lente lorsque l'eau est dans un verre, elle est plus importante lorsque l'eau est dans un plat. C'est le même cas à la surface des océans. L'évaporation est plus rapide s'il y a du vent et si on place les récipients sur une source de chaleur. Thermomètre Vapeur d'eau 100 C Casserole avec de l'eau 100 C Plaque électrique L'évaporation de l'eau peut être plus rapide encore, en portant l'eau à ébullition. La température est constante, elle est de 100 C. On aperçoit alors des bulles de vapeur d'eau et non des bulles d'air. En attendant un peu, il ne reste plus d'eau dans le récipient.

9 Défi 3 : Comment simuler le cycle de l'eau dans la nature? Objectifs : Connaître les différents changements d'état de l'eau Les mettre en évidence sous forme d'un protocole Matériel : pour un groupe d enfants bouteille d eau casserole couvercle glaçons petit récipient plaque électrique radiateur lampe film transparent Organisation et déroulement : - Vérifier les représentations initiales des élèves sur le cycle de l'eau. - Distribuer à chacun un document permettant de revoir le cycle de l'eau : les différents états de l'eau (solide, liquide, vapeur d'eau) et la terminologie appropriée (évaporation, condensation, solidification, fusion) - Présenter la situation problème collectivement aux élèves. Leur laisser un petit temps de réflexion individuelle. - Les placer par groupe pour qu'ils échangent leurs stratégies et définissent celle qu'ils pensent convenir. - Leur demander de dessiner leur protocole expérimental et d'expliquer ce qui va se passer. - Expérimentation: les élèves choisissent le matériel et mettent en place l'expérience. Ils notent des observations et relèvent leurs premières conclusions. - Mise en commun des différents procédés. Mise en évidence des procédés plus efficaces que d'autres et ceux incorrects. Etablir une synthèse collective.

10 Fiche groupe d'élèves: FICHE D EXPERIENCE du DEFI 3 Comment simuler le cycle de l'eau dans la nature? Listez le matériel nécessaire : Schématisez votre expérience : Conclusion :

11 Fiche synthèse élève FICHE D EXPERIENCE du DEFI 3 Comment simuler le cycle de l'eau dans la nature? Schémas des protocoles expérimentaux : L'eau est chauffée sur une plaque électrique, elle s' : elle se transforme en d'. Puis elle se au contact d'un couvercle (zone plus froide) : retour à l'état et elle retombe dans la casserole sous forme de pluie. Les rayons du soleil réchauffent l'eau qui s' : elle se transforme en vapeur d'eau. Puis elle se condense au contact de la paroi de la bouteille (zone plus froide) : retour à l'état liquide et elle et retombe dans la bouteille. condensation évaporation La lampe chauffe l' qui s'évapore : elle se transforme en. Puis elle se condense au contact des (zone plus froide) : retour à l'état liquide et elle retombe dans la bac sous forme de.

12 Fiche synthèse trace collective : FICHE D EXPERIENCE du DEFI 3 Comment simuler le cycle de l'eau dans la nature? Plusieurs procédés ont peut-être été trouvés: représenter un des trois ou tous les trois. Y ajouter les termes d'évaporation, condensation. Accompagner chacun des dessins ou schémas d'une phrase explicative. OU présenter la fiche synthèse incomplète (schémas et textes à compléter) condensation condensation évaporation évaporation L'eau est chauffée sur une plaque électrique, elle s'évapore : elle se transforme en vapeur d'eau. Puis elle se condense au contact d'un couvercle (zone plus froide): retour à l'état liquide et elle retombe dans la casserole sous forme de pluie. Les rayons du soleil réchauffent l'eau qui s'évapore : elle se transforme en vapeur d'eau. Puis elle se condense au contact de la paroi de la bouteille (zone plus froide): retour à l'état liquide et elle ruisselle et retombe dans la bouteille. condensation évaporation La lampe chauffe l'eau liquide qui s'évapore : elle se transforme en vapeur d'eau. Puis elle se condense au contact des glaçons (zone plus froide): retour à l'état liquide et elle retombe dans la bac sous forme de pluie.

13 Défi 4 : Comment obtenir de l'eau "pure" à partir d'eau salée? Objectifs : Connaître les différents changements d'état de l'eau (évaporation, condensation) et une propriété de l'eau: la dissolution Les mettre en évidence sous forme d'un protocole Matériel : pour un groupe d enfants film transparent petit récipient (verre, bocal) grand récipient (saladier) caillou Organisation et déroulement : - Rappeler les différents états de l'eau, citer des exemples dans l'environnement. Rappeler les différents changements d'états de l'eau (de l'état liquide à l'état de vapeur d'eau : évaporation, de l'état de vapeur d'eau à l'état liquide: condensation ), les recontextualiser dans le cycle de l'eau. - Expliquer la situation problème : comment obtenir de l'eau douce à partir d'eau salée? Leur laisser un petit temps de réflexion individuelle. - Les placer par groupe pour qu'ils échangent leurs stratégies et définissent celle qui pensent convenir. - Leur demander de dessiner leur protocole expérimental et d'expliquer ce qui va se passer. - Expérimentation: les élèves choisissent le matériel et mettent en place l'expérience. Ils notent des observations et relèvent leurs premières conclusions. - Mise en commun des différents procédés. - Etablir une synthèse collective.

14 Fiche élève FICHE D EXPERIENCE du DEFI 4 Comment obtenir de l'eau "pure" à partir d'eau salée? Matériel nécessaire : Schéma du protocole expérimental : Conclusion :

15 Fiche élève trace collective FICHE D EXPERIENCE du DEFI 4 Comment obtenir de l'eau "pure" à partir d'eau salée? Matériel nécessaire : un grand récipient un verre du film plastique transparent un caillou Schéma du protocole expérimental : Film plastique caillou condensation condensation Récipient avec de l'eau salée évaporation évaporation Verre vide Eau salée Eau douce Eau salée Le grand récipient contient un mélange d'eau et de sel. L'eau s'évapore et se condense au contact du film plastique. Les gouttelettes d'eau douce ruissellent vers le centre et tombent dans le verre.

16 Une nouvelle technique mais coûteuse : par osmose inverse (filtration de l'eau salée) La plus grande usine de dessalement au monde, en Israël : 108 millions de m 3 d'eau potable par an soit la consommation d'une ville de 1,4 habitants. De nombreuses usines de ce type voient le jour pour alimenter en eau potable certaines îles, notamment celles qui sont très touristiques et accueillent beaucoup de touristes.

17 Défi 3 : Comment obtenir de l'eau propre à partir d'eau sale? Peut-on boire cette eau? Objectifs : - Savoir séparer un mélange hétérogène - Tester différents procédés: décantation, filtration et expliquer leur efficacité - Utiliser un vocabulaire adapté: limpide/trouble, filtrer/séparer, couler/flotter, non solubles, en suspension - Comprendre la différence entre une eau limpide et une eau potable Matériel : pour un groupe d'élève - Un plat avec de l'eau dans laquelle ont été ajoutés: des brins d'herbes, des cailloux (gravillons, gravats plus gros), des brindilles, des feuilles, de la terre, du sable - un saladier, une bouteille en plastique coupée aux ¾, goulot retourné à l'intérieur Un écumoire, une louche, une cuillère, une passoire, du coton, sable, du produit vaisselle, des filtres à café, du charbon de bois. Déroulement: - Demander aux élèves comment obtenir de l'eau plus limpide? - Présenter la situation problème collectivement aux élèves. Leur laisser un petit temps de réflexion individuelle. - Les placer par groupe pour qu'ils échangent leurs stratégies et définissent celle qu'ils pensent convenir. - Leur demander de dessiner leur protocole expérimental et d'expliquer ce qui va se passer. - Expérimentation: les élèves choisissent le matériel et mettent en place l'expérience. Ils notent des observations et relèvent leurs premières conclusions. - Mise en commun des différents procédés. Mise en évidence des procédés plus efficaces que d'autres et ceux incorrects. Etablir une synthèse collective.

18 Deux possibilités: - Décanter : laisser déposer les matériaux lourds puis filtrer l'eau en versant délicatement dans plusieurs filtres successifs. - Filtrer l'eau directement c'est à dire piéger les particules, des plus grosses aux plus petites en utilisant des filtres de plus en plus fins. Vérifier les effets de l'association de plusieurs filtres: filtre + sable, filtre + coton, coton + sable Utiliser le charbon de bois pour ôter la mauvaise odeur de l'eau.

19 Fiche groupe d'élèves: FICHE D EXPERIENCE du DEFI 3 Comment obtenir de l'eau propre à partir d'eau sale? Peut-on boire cette eau? Listez le matériel nécessaire : Schématisez votre ou vos expériences : Observations :

20 Fiche synthèse élève : FICHE D EXPERIENCE du DEFI 3 Comment obtenir de l'eau propre à partir d'eau sale? Peut-on boire cette eau? Matériel utilisé : eau sale sable charbon de bois passoire saladier bouteille en plastique filtres à café coton Nos expériences : Notre conclusion : Pour obtenir de l'eau propre, il a fallu filtrer l'eau plusieurs fois, avec des filtres de plus en plus fins, de manière à éliminer un maximum de particules : des plus grosses aux plus petites. Le charbon de bois enlève toute mauvaise odeur; mais cette eau est non potable car elle contient des impuretés microscopiques. Il faudrait la traiter à nouveau à l'aide de bactéries, comme dans les stations d'épuration, avant de la rejeter dans la rivière. Enfin pour la boire, elle nécessite encore des traitements (ozone, chlore) afin de tuer les virus et bactéries. C'est ce qui se passe lors du pompage de l'eau dans la rivière, avant la distribution dans nos maisons. Schéma station d'épuration : circuit de l'eau de la maison à la rivière

21 1- Dégrillage: enlever les gros déchets (bouteilles, branches ) contenus dans l'eau sale. 2- Déshuilage: enlever les graisses et les huiles 3- Décantation: enlever les graviers et sables déposés au fond Flottation: enlever les graisses résiduelles à la surface 4- Aération: traitement biologique de l'eau par bactéries 5- Clarification: ôter les amas de bactéries 6- Rejet de l'eau épurée dans la rivière 7- Traitement des boues : séchées, elles sont utilisées comme engrais dans l'agriculture Schéma pompage de l'eau : circuit de l'eau de la rivière à la maison 1- Prélèvement ou captage de l'eau dans la rivière. 2- Dégrillage : enlever les gros déchets (bouteilles, branches ) contenus dans l'eau de la rivière 3- Tamisage : une grille plus fine retient les déchets comme les feuilles 4- Coagulation floculation décantation : débarrasser l'eau des particules en suspension 5- Ozonation : Injection d'un gaz, l'ozone, qui va détruire les virus et bactéries 6- Filmation : élimination des micropolluants grâce au sable et au charbon de bois 7- Chloration : une faible quantité de chlore est ajoutée pour éviter la prolifération de bactéries dans les tuyaux 8- Stockage : l'eau est stockée dans des grands réservoirs 9- Distribution : puis elle est acheminée chez les consommateurs

22 Pour info: Trace élèves CP CE1 d'une école

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