UNIVERSITE DU QUEBEC A MONTREAL DEPARTEMENT D EDUCATION ET DE PEDAGOGIE. RECUEIL Projet sur l eau

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1 UNIVERSITE DU QUEBEC A MONTREAL DEPARTEMENT D EDUCATION ET DE PEDAGOGIE Automne 2008 RECUEIL Projet sur l eau Travail remis à ABDELJALIL METIOUI dans le cadre du cours DID Didactique de la science et de la technologie au préscolaire et au primaire Par CATHERINE POULIN

2 Projet sur l eau Pour le troisième cycle du primaire Nom de l élève : Groupe : Créatrice : Catherine Poulin 2

3 Table des matières Introduction Module 1 : Les différents états de l eau Questionnaire avant enseignement Expériences Cueillette des données et synthèse des observations Notions scientifiques Questionnaire après enseignement Module 2 : Les propriétés de l eau Questionnaire avant enseignement Expériences Cueillette des données et synthèse des observations Notions scientifiques Questionnaire après enseignement Module 3 : Les changements d état de l eau Questionnaire avant enseignement Expériences Cueillette des données et synthèse des observations Notions scientifiques Questionnaire après enseignement Module 4 : Le cycle de l eau Questionnaire avant enseignement Expériences Cueillette des données et synthèse des observations Notions scientifiques Questionnaire après enseignement Conclusion Annexe Corrigé : les différents états de l eau Corrigé : les propriétés de l eau Corrigé : les changements d état de l eau Corrigé : le cycle de l eau

4 Introduction L eau est un élément essentiel, en plus d être une partie intégrante de la Terre. Elle occupe 70 % de notre planète. Plusieurs la surnomment l or bleu, puisqu il y a seulement une partie de cette eau que l homme peut utiliser. Elle est donc rare. L eau est présente sur notre planète sous plusieurs états et elle est capable de se transformer. Depuis sa création, elle effectue son cycle naturel. Crois-tu connaître cette ressource? Il y a plusieurs objectifs à ce recueil. Tout d abord, il te permettra de découvrir les différents états de l eau et leurs aspects. Puis, ce recueil te permettra d approfondir tes connaissances sur les changements d état de l eau pure. Enfin, à l aide des notions apprises, tu devras reconstituer le cycle de l eau. Le recueil est divisé en quatre modules. Tout d abord, il sera question des différents états de l eau. Tu verras qu il est possible d observer les manifestations de ces états dans la nature. Ensuite, tu découvriras les propriétés de l eau. L eau possède des propriétés assez particulières qui apparaissent la plupart du temps, lorsqu elle est à l état liquide et solide. Puis, tu distingueras les différents changements d état de l eau, puisqu il y en a plusieurs. Ils sont présents dans la nature. Sans le savoir, tu assistes à ces changements chaque jour. Enfin, tu verras comment le cycle de l eau se déroule et combien il est nécessaire dans notre vie. Il est sans cesse en mouvement. 4

5 Module 1 : Les différents états de l eau 5

6 Voici un questionnaire afin de tester tes connaissances sur les différents états de l eau 1. Combien d états possèdent l eau? 2. Peux-tu me les nommer? 6

7 L eau a plusieurs états. Il est possible de voir leurs manifestations. Sous combien d états peut-on observer l eau? Formule ton hypothèse. Pour réaliser les expériences, tu auras besoin du matériel suivant : - Deux gobelets vides - De l eau - Des glaçons - Une bouilloire électrique - Une règle Assure-toi que tu as tout le matériel nécessaire pour réaliser tes expériences. Expérience 1 Fiche technique 1.1 Prends un glaçon et dépose-le sur ta main. Garde-le pendant quelques minutes. Observe ce qui se produit. Glaçon 1.2 Note tes observations. 7

8 Expérience 2 Fiche technique 3.1 Prends le second gobelet vide. Remplis-le à l aide de l eau du robinet. 3.2 Dépose-le dans le congélateur. Attends deux heures. Congélateur 3.3 Sors le gobelet du congélateur. Observe ce qui se passe. 3.4 Note tes observations. 8

9 Expérience 3 Fiche technique 3.1 Prends la bouilloire. Remplis-la à l aide de l eau du robinet. Si tu as besoin d aide, demande à l enseignant. 3.2 Branche la bouilloire électrique. Ne touche pas à la bouilloire, tu pourrais te brûler. Attends cinq minutes. 3.3 Place ta main à 30 cm au-dessus de la bouilloire. Tu peux utiliser une règle pour t aider. Ne la place pas en dessous de 30 cm, tu pourrais te brûler. Observe ce qui se produit. 30 cm 3.4 Note tes observations. 9

10 Cueillette des données et synthèse des observations Expérience 1 Lors de cette expérience, tu aurais dû remarquer que la glace, au contact de ta main, commençait à fondre. En effet, la chaleur de ton corps a fait fondre la glace qui s est transformée en liquide. L eau a donc un état liquide. Expérience 2 Quand tu as mis de l eau dans le gobelet, tu aurais dû constater que l eau du robinet avait une propriété liquide. Après deux heures, tu as sorti le gobelet du congélateur, tu aurais dû observer que l eau n avait pas la même apparence qu au départ. En effet, elle s était solidifiée et en la touchant, tu aurais dû constater qu elle était beaucoup plus froide. Cet état se nomme solide. Expérience 3 Au départ, lorsque tu as branché la bouilloire, il ne sait rien produit. Après cinq minutes, tu aurais dû voir une légère vapeur d eau qui s échappait de la bouilloire. En plaçant ta main à trente centimètres de la bouilloire, tu aurais dû sentir une chaleur sur ta main. D ailleurs, si tu avais touché ta main, tu aurais constaté qu elle était mouillée. Il s agissait, plus précisément, de gouttelettes d eau qui n étaient pas perceptibles à l œil nu. Ce phénomène se nomme vapeur d eau. L eau possède un état gazeux. 10

11 Notions scientifiques Le symbole chimique de l eau est H 2 0.Une molécule d eau est la plus petite quantité d eau «possible». Elle est composée de trois atomes : deux d hydrogène (H) et un d oxygène (O). Ces trois atomes sont reliés entre elles par des forces électriques importantes. Voici un dessin expliquant la composition moléculaire de l eau : L eau possède trois états, soit liquide, solide et gazeux. On appelle cela, les états de la matière. Il est possible d observer leurs manifestations et tu as pu le faire lors des expériences précédentes. Si l on désire transformer l eau en ces différents états, il suffit de changer la température de celles-ci. Dans la nature, l eau change d état grâce à l action du soleil, de la pression atmosphérique et de la température. L état liquide est celui que tu vois le plus souvent dans la vie de tous les jours. Pour que l eau soit liquide, elle doit avoir une température entre 0 C et 100 C. Une forme assez fréquente sous laquelle tu peux l observer est la pluie. L eau courante comme celle du robinet est à une température de 13 C. Lorsque l eau a une température supérieure à 100 C, elle devient un gaz nommé vapeur d eau. Cette transformation est connue sous le nom d évaporation. La vapeur d eau est invisible. Il est possible de voir ses manifestations, mais pour ce faire, elle doit être contenue en grande quantité. Par exemple, tu peux observer ses manifestations, lorsque tu fais bouillir de l eau dans une casserole. Au-dessous de 0 C, l eau se transforme en glace. Elle se solidifie. Cet état se nomme solide. Il est possible de l observer par exemple, la neige. Les flocons de 11

12 neige sont formés de minuscules cristaux de glace. De plus, l eau augmente de volume quand elle se transforme en glace. Tu peux observer ce phénomène, lorsque tu mets des glaçons dans un verre d eau. En effet, une fois dans l eau, les glaçons remontent toujours en surface. Il s agit d une propriété physique de l eau que tu verras dans le prochain module. Ces trois états sont présents dans la nature. Solide Liquide Gazeux État Éléments dans la nature La glace, la neige, la gelée blanche, la grêle et le verglas. La pluie, la rosée, le brouillard, la buée et l eau douce. L eau à l état gazeux est invisible à l œil nu. 12

13 Voici un questionnaire afin de tester tes apprentissages sur les différents états de l eau. 1. Quels sont les trois états de l eau? 2. Quelle est la composition moléculaire de l eau? 3. L eau a plusieurs aspects. Es-tu capable de me trouver 4 aspects de l eau que l on retrouve dans la nature? 4. Qu est-ce qui permet de transformer l eau en ces différents états? 5. À quelle température l eau a-t-elle un état liquide? 6. Peux-tu me nommer un exemple de l état liquide que l on retrouve dans la nature? 7. À quelle température l eau a-t-elle un état gazeux? 8. Est-il possible de voir la vapeur d eau? 9. À quelle température l eau est-elle qualifiée de solide? 10. Peux-tu me nommer un exemple de l état solide que l on retrouve dans la nature? 13

14 Module 2 : Les propriétés de l eau 14

15 Voici un questionnaire afin de tester tes connaissances sur les propriétés de l eau 1. L eau possède plusieurs propriétés, quelles sont-elles? 2. À quels états peut-on observer les propriétés de l eau? 15

16 L eau a plusieurs propriétés. Il est possible de voir leurs manifestations. Quelles sont les propriétés de l eau? Formule ton hypothèse. Pour réaliser les expériences, tu auras besoin du matériel suivant : - 2 gobelets vides - De la farine - Du sel - Deux cuillères - Deux bouteilles en plastique - Un clou - Une paire de ciseaux - Un congélateur - Colorant alimentaire bleu - 12 cailloux - Un sac en plastique - Un seau - Une roue à hamster - Des cuillères en plastique - Du ruban adhésif - Une casserole - Des gants de cuisine - Un thermomètre - Un poêle - Un verre - Une pile électrique - 3 fils électriques - Une ampoule - Du polystyrène Assure-toi que tu as tout le matériel nécessaire pour réaliser tes expériences. 16

17 Expérience Prends les deux verres vides et remplis-les à l aide de l eau du robinet. 1.2 Place le verre 1 devant la farine et l autre (le verre 2), devant le sel. Verre 1 Verre Mets de la farine dans le verre 1 et brasse le tout à l aide d une cuillère. 1.4 Mets du sel dans le verre 2 et brasse le tout à l aide d une cuillère. 1.5 Note tes observations 17

18 Expérience Prends une bouteille de plastique et remplis-la à l aide de l eau du robinet. 2.2 Mets du colorant alimentaire bleu à l intérieur de la bouteille afin de colorer l eau. Quatre gouttes de colorant suffisent. 2.3 Brasse la bouteille en plastique. 2.4 Perce la bouteille en plastique à trois niveaux différents à l aide d un clou. Pour t aider regarde bien le schéma suivant : Premier trou Deuxième trou Troisième trou Demande à ton enseignante de t aider à percer les trous. 2.5 Note tes observations 18

19 Expérience Prends douze cailloux et mets-les dans un sac en plastique. 3.2 Prends un seau et remplis-le à l aide de l eau du robinet. 3.3 Soulève le sac en plastique avec les douze cailloux et note tes observations. 3.4 Plonge le sac en plastique avec les douze cailloux dans le seau rempli d eau. 3.5 Soulève maintenant le sac et note tes observations. 19

20 Expérience Remplis une bouteille en plastique à l aide de l eau du robinet. 4.2 Place la bouteille en plastique dans le congélateur et attends deux heures. 4.3 Enlève la bouteille de plastique du congélateur. 4.4 Note tes observations. 20

21 Expérience Prends une roue de hamster montée sur pieds. 5.2 À l aide du ruban adhésif, colle une dizaine de cuillères en plastique sur la roue de hamster. Voici un schéma pour t aider : Prends bien soin de mettre les cuillères du même côté. Demande l aide de ton enseignante si tu as de la difficulté. 5.3 Prends un bol et remplis-le à l aide de l eau du robinet. 5.4 Fais couler l eau sur ta construction. Refais cela plusieurs fois en modifiant ta façon de verser l eau. Par exemple, tu peux verser lentement l eau de ton bocal. Ensuite, tu peux décider de verser l eau de ton bocal brusquement. 5.5 Note tes observations. 21

22 Expérience Prends une casserole et remplis-la à l aide de l eau du robinet. 6.2 Dépose-la sur le poêle et fais bouillir ton eau jusqu à ébullition. 6.3 Une fois l ébullition atteinte, ôte la casserole du rond chaud à l aide de gants de cuisine. 6.4 Prends sa température à l aide d un thermomètre. Attention! Il y a quelques précautions à prendre : Le réservoir (A) doit être dans la casserole. Pour t aider, laisse-le toucher le fond de ton gobelet. B C A À l intérieur du thermomètre, il y a un liquide rouge (B). Ce liquide permet de mesurer la température du solide, du liquide ou du gazeux. Une fois qu il est dans la casserole, ne le touche pas. Il doit conserver la même position. Pour lire le résultat, tu dois mettre tes yeux à la hauteur de la graduation (C) sans retirer le thermomètre liquide. Note tes observations. 22

23 6.5 Laisse l eau reposée pendant trente minutes. 6.6 Après les trente minutes, remets la casserole sur le poêle et fais chauffer l eau jusqu à ébullition. 6.7 Une fois l ébullition atteinte, ôte la casserole du rond chaud à l aide de gants de cuisine. 6.8 Prends sa température à l aide d un thermomètre. Tiens compte des précautions mentionnées en Note tes observations. 23

24 Expérience Fais un trou dans le polystyrène afin de créer une base pour l ampoule. Polystyrène 7.2 Avant de continuer, tiens compte de la notion suivante : Corps de l ampoule Culot de l ampoule 7.3 Fais passer un fil électrique dans le polystyrène de façon à ce que l extrémité du fil se situe dans le trou afin qu il touche le culot de l ampoule. Extrémité du fil Polystyrène 24

25 7.4 Positionne un second fil de manière à ce qu il touche le corps de l ampoule. Extrémité du fil Polystyrène Second fil 7.5 Relis le fil du culot de l ampoule à la borne négative de la pile. Polystyrène Extrémité du fil + Second fil 7.6 Relis le second fil qui touche au corps de l ampoule dans le verre. Polystyrène Extrémité du fil + Second fil Verre 25

26 7.7 Ajoute un troisième fil qui relie le verre et la borne positive de la pile. Attention! Les deux fils qui se trouvent dans le verre ne doivent pas se toucher! Polystyrène Extrémité du fil + Second fil Troisième fil Verre 7.8 Remplis le verre d eau jusqu à ce que les deux fils soient immergés. Note tes observations 7.9 Ajoute du sel et mélange le tout. Note tes observations. 26

27 Cueillette des données et synthèse des observations Expérience 1 D abord, tu aurais dû constater que l eau que contenaient les verres était à l état liquide. Ensuite, lorsque tu as mis la farine dans le verre 1, tu aurais dû observer que l eau devenait blanche comme la couleur de la farine. Cela s est concrétisé encore plus quand tu as mélangé le tout à l aide d une cuillère. Si tu avais touché l eau contenant la farine, tu aurais constaté que la texture n était plus la même. La farine s était dissoute dans l eau. Puis, lorsque tu as mis le sel dans le verre 2, tu aurais dû voir le sel tombé jusqu au fond du verre. Lorsque tu as mélangé le tout à l aide d une cuillère, les particules de sel qui étaient visibles dans le verre d eau au départ avaient disparu. Le sel s était dissout dans l eau. L eau possède donc une propriété chimique, elle est capable de dissoudre d autres éléments. Expérience 2 Après avoir mis le colorant bleu dans l eau, tu as brassé la bouteille en plastique et tu aurais dû constater que l eau était maintenant colorée (bleue). Lorsque tu as percé les trois trous à l aide du clou, tu aurais dû observer que plus le trou est bas, plus le jet d eau va loin. Par le fait même, tu aurais dû voir que plus le trou était bas, plus la vitesse de l eau expulsée était élevée. La pression augmentait avec la profondeur. Il s agit du principe de Pascal figurant dans les propriétés physiques de l eau. Expérience 3 D abord, lorsque tu as soulevé le sac de cailloux, tu aurais dû constater que cela exigeait un certain effort. Ensuite, lorsque tu as plongé ce même sac dans un seau d eau et que tu l as soulevé, tu aurais dû constater que l effort pour soulever le sac de cailloux dans l eau était beaucoup moins grand qu à l air libre. Il s agit du principe d Archimède figurant dans les propriétés physiques de l eau. 27

28 Expérience 4 Au départ, tu aurais dû constater que l eau que contenait la bouteille était à l état liquide. De plus, en mettant de l eau liquide dans la bouteille, tu aurais dû observer que la bouteille avait conservé sa forme malgré cet ajout. Après avoir laissé la bouteille en plastique dans le congélateur pendant deux heures, tu l as sorti. Tu aurais dû observer que l eau à l intérieur de la bouteille s était transformée en glace (état solide). Tu aurais dû remarquer la forme de la bouteille, elle n était plus la même qu au départ. En effet, la glace avait fait éclater la bouteille en plastique. Ce phénomène se produit, lorsque l eau augmente de volume en se solidifiant. Il s agit d une autre propriété physique de l eau. Expérience 5 Ce que tu as fabriqué aurait dû te faire penser à un moulin à eau. Une fois les cuillères installées, tu as mis de l eau sur le moulin. Voici les éléments que tu aurais dû constater, lorsque tu as modifié ta façon de verser l eau sur ton moulin. - Plus l eau tombait de haut et plus la roue tournait vite. - Si la quantité d eau était trop faible, la roue ne tournait pas bien. - Si on augmentait la quantité d eau, la roue tournait mieux. - S il y avait trop d eau qui tombait, une partie de l eau rebondissait sur les cuillères en plastique et la vitesse de la roue n augmentait plus. En créant ce moulin à eau, tu aurais dû constater que l eau était fournisseur d énergie. Il s agit d une propriété thermodynamique. 28

29 Expérience 6 La première fois que tu as porté ton eau à ébullition, tu aurais dû noter une température de 100 C. Tu aurais dû constater que l eau subissait une transformation. Elle passait de l état liquide à l état gazeux. La deuxième fois que tu as porté ton eau à ébullition, tu aurais dû noter une température supérieure à 100 C. Tu aurais dû constater que plus l eau est pure, plus la température d ébullition était élevée. L eau peut donc subir des variations de température. Il s agit d une propriété thermodynamique. Expérience 7 Lorsque tu as eu fini la réalisation du schéma, tu as mis de l eau dans le verre. Tu aurais dû constater que l ampoule ne s était pas allumée. Une fois le sel mis dans le verre d eau, tu aurais dû voir que l ampoule s était allumée. Lorsque l eau est minéralisée, elle devient un bon conducteur. Il s agit d une autre propriété thermodynamique. 29

30 Notions scientifiques L eau possède trois propriétés, c'est-à-dire chimique, physique et thermodynamique. Ces propriétés sont observables, lorsque l eau est à l état solide ou à l état liquide. Pour ce qui est de l état gazeux, il correspond exactement à la formule classique de la molécule d eau, H 2 0. D abord, l eau possède une propriété chimique, elle est capable grâce à sa composition de dissoudre d autres éléments minéraux, organiques ou gazeux et de les laisser entrer en réaction sans en être transformée chimiquement. Par exemple, le corps d un être humain adulte est composé d environ trois quarts d eau. Cette eau permet les réactions et les échanges qui sont nécessaires à la vie. L eau peut aussi dissoudre des gaz présents dans l air comme le gaz carbonique et l oxygène. C est pourquoi l eau n est jamais vraiment pure à l état naturel ; elle n est pas composée uniquement d oxygène et d hydrogène. Si nous combinons toute l eau qui est sur la terre, nous découvrons qu elle est composée d une multitude d organismes, de plantes, d animaux et de bactéries. Puis, l eau possède des propriétés physiques assez particulières. Le principe de Pascal est une propriété physique de l eau, qui se décrit comme suit : l eau ne peut pas se comprimer, ni diminuer de volume. Même si l eau subit une pression très forte, elle va retransmettre cette pression subie, comme il a été question dans l expérience 2 : plus le trou était bas, plus la vitesse de l eau expulsée était élevée. La pression augmentait avec la profondeur. Le principe d Archimède est une autre propriété physique de l eau, il peut être énoncé comme suit : lorsqu un objet est plongé dans l eau liquide, cet objet subit une poussée vers le haut. Ce principe se fonde sur l hydrostatique. Ce terme signifie que la poussée hydrostatique est toujours égale au poids de l eau déplacée par le corps (l objet). Si un objet est plus lourd que l eau, il coule; si un objet est plus léger que l eau, il flotte; si le poids de l objet est le même que l eau, il flotte. L exemple le plus courant de ce phénomène est la flottaison des bateaux sur l eau. 30

31 L eau possède une propriété physique particulière, lorsqu elle est à l état solide (glace), la glace est plus légère que l eau liquide. En effet, l eau augmente de volume en se solidifiant. Le meilleur exemple est celui de l eau qui gèle dans les lacs, les rivières, elle ne commence pas à geler par le fond, mais par la surface. Enfin, l eau possède des propriétés thermodynamiques. L eau est un fournisseur d énergie. Les êtres humains ont fait de nombreuses découvertes sur l énergie mécanique de l eau. Auparavant, ils l utilisaient pour faire fonctionner les moulins. Puis, vers les années 1760, ils se servaient des propriétés thermiques de l eau pour faire fonctionner certaines machines. D ailleurs, à l aide de ces propriétés, ils ont créé les trains à vapeur. L eau était transformée en vapeur d eau sous l action de la chaleur et de la pression. L eau peut subir des variations de température. En effet, elle change d état, lorsque la température se trouve modifiée par la pression atmosphérique. Par exemple, en haut de l Everest, l eau bout à 72 C comparativement à 100 C au niveau de la mer. Le même phénomène se produit lorsque tu désires glisser à l aide de tes patins sur la glace. En réalité, ce qui se produit, tes patins à glace glissent sur une fine pellicule d eau formée sous la pression de ton patin. Cette fine pellicule se solidifie immédiatement après le passage du patin. Il y a un autre phénomène de variations de température nommé surfusion qui existe. Il s agit de l eau qui malgré les températures inférieures à celle du point de congélation, reste liquide. Elle peut rester liquide jusqu à une température atteignant 40 C. Ce phénomène se produit lors de la fabrication de la neige artificielle dans les stations de sports d hiver. L eau est un très bon conducteur. L eau pure est un mauvais conducteur électrique, mais lorsque celle-ci est minéralisée, c'est-à-dire qu elle contient des sels dissous, elle devient conductrice de l électricité. Cette propriété de l eau est souvent utilisée pour le transport d énergie, en plus d être utilisée pour le chauffage central des bâtisses (maisons, immeubles, logements, etc.). De plus, l eau peut stocker de grandes quantités d énergie et influer ainsi sur les écarts de températures terrestres. Les climats dits continentaux connaissent de plus grands écarts de températures que les climats océaniques qui eux, sont adoucis par l influence des océans. 31

32 Voici un questionnaire afin de tester tes apprentissages sur les différentes propriétés de l eau. 1. Quelles sont les trois propriétés de l eau? 2. Quelle est la propriété chimique de l eau? 3. Qu est-ce que le principe de Pascal? 4. Qu est-ce que le principe d Archimède? 5. Donne-moi un exemple qui prouve que l eau, lorsqu elle se solidifie, augmente de volume. 6. Quelles sont les trois composantes de la propriété thermodynamique? 32

33 Module 3 : Les changements d état de l eau 33

34 Voici un questionnaire afin de tester tes connaissances sur les changements d état de l eau. Écris ta réponse sur les lignes prévues à cet effet. 1. Combien y a-t-il de changements d état de l eau? 2. Peux-tu me les nommer? 3. Qu est-ce qui est nécessaire pour réaliser ces changements d état de l eau? 34

35 L eau subit des changements. Il est possible de voir leurs manifestations. Ces changements d état de l eau sont également présents dans la nature. Combien crois-tu qu il y en a? Formule ton hypothèse. Pour réaliser les expériences, tu auras besoin du matériel suivant : - Deux gobelets vides - De l eau - Des glaçons - Une bouilloire électrique - Une règle - Un thermomètre - Une feuille de papier - Une allumette - Chaudron avec son couvercle - Un miroir - Des gants de cuisine Assure-toi que tu as tout le matériel nécessaire pour réaliser tes expériences. 35

36 Expérience 1 Fiche technique 1.1 Prends 4 glaçons et dépose-les dans un gobelet vide. Glaçons 1.2 Place un thermomètre dans le gobelet. Attention! Il y a quelques précautions à prendre : Le réservoir (A) doit être dans le gobelet vide. Pour t aider, laisse-le toucher le fond de ton gobelet. C À l intérieur du thermomètre, il y a un liquide rouge (B). Ce liquide permet de mesurer la température du solide, du liquide ou du gazeux. B Une fois qu il est dans le gobelet, ne le touche pas. Il doit conserver la même position. Pour lire le résultat, tu dois mettre tes yeux à la hauteur de la graduation (C) sans retirer le thermomètre liquide. A 1.3 Attends 5 minutes et note la température. Tiens compte des précautions mentionnées en 1.2. La température est de C 1.4 Laisse le thermomètre dans le gobelet. Attends 2 heures et note la température. Tiens compte des précautions mentionnées en 1.2. La température est de C 1.5 Note tes observations 36

37 Expérience 2 Fiche technique 2.1 Prends la bouilloire. Remplis-la à l aide de l eau du robinet. Si tu as besoin d aide, demande à l enseignant. 2.2 Branche la bouilloire électrique. Ne touche pas à la bouilloire, tu pourrais te brûler. Attends quelques minutes. 2.3 Place une feuille à 30 cm au-dessus de la bouilloire. Tu peux utiliser une règle pour t aider. Ne la place en dessous de 30 cm, tu pourrais. Observe ce qui se produit. Feuille de papier 30 cm 2.4 Note tes observations 37

38 Expérience 3 Fiche technique 3.1 Prends un chaudron et remplis-le d eau. Ensuite, prends soin de mettre le couvercle. 3.2 Pour cette étape, tu auras besoin de ton enseignant. Dépose-le sur le poêle et fais bouillir l eau jusqu à ébullition. 3.3 Utilise la paire de gants de cuisine afin de ne pas te brûler lors de la manipulation. Enfile-les. 3.4 Prends le miroir et le couvercle du chaudron. 3.5 À l aide du miroir, observe ce que tu vois en dessous du couvercle. 3.6 Note tes observations. 38

39 Expérience 4 Fiche technique 4.1 Prends un gobelet vide. Remplis-le à l aide de l eau du robinet. 4.2 Mets une allumette dans le gobelet. Que se passe-t-il? 4.3 Dépose-le dans le congélateur tout en conservant l allumette à l intérieur du gobelet. Attends 2 heures. Congélateur 4.4 Sors le gobelet du congélateur. Observe ce qui se passe. 4.5 Note tes observations. 39

40 Cueillette des données et synthèse des observations Expérience 1 En déposant les quatre glaçons dans le gobelet, tu aurais dû constater que l eau était sous sa forme solide. Une fois le thermomètre dans le gobelet, tu as attendu cinq minutes. Ensuite, lorsque tu as pris la température, tu aurais dû constater que la température du gobelet était inférieure à 0 C. Comme nous l avons vu dans le module précédent, une température inférieure à 0 C signifie que l eau est gelée. Après deux heures, tu as repris la température du gobelet. Tu aurais dû constater que la température était au dessus de 0 C. Comme nous l avons vu dans le module précédent, une température supérieure à 0 C signifie que l eau est liquide. Tu aurais dû constater également que la glace avait fondu. Elle n était plus sous sa forme solide comme au début de l expérience. Elle était liquide. Ce phénomène se nomme la fusion : le passage de l état solide à l état liquide. Expérience 2 Au départ, quand tu as branché la bouilloire dans la prise électrique, il ne sait rien passer. Après cinq minutes, tu aurais dû observer une légère vapeur qui s échappait de la bouilloire. Comme nous l avons vu dans le module précédent, l eau prend l état gazeux, lorsque la température est supérieure à 100 C. Lorsque tu as mis la feuille de papier à trente centimètres de la bouilloire, tu aurais dû remarquer après quelques minutes que certaines parties de la feuille étaient mouillées. Il s agissait, plus précisément, de gouttelettes d eau qui n étaient pas perceptibles à l œil nu et qui étaient venues se déposer sur certaines parties de la feuille. Ce phénomène se nomme la vaporisation : passage de l état liquide à l état gazeux. 40

41 Expérience 3 Avant l ébullition, tu aurais dû observer de petites bulles d air qui s échappaient de l eau. Une fois à ébullition, tu aurais dû observer de grosses bulles de vapeur d eau qui se formaient dans l eau et qui ensuite, remontaient à la surface et s échappaient. Après avoir amené ton eau à ébullition, tu as pris le miroir et le couvercle du chaudron. À l aide de ton miroir, tu as observé ce qui s était produit. Tu aurais dû voir de gouttelettes d eau qui s étaient formées en dessous du couvercle. Ce phénomène se nomme la condensation : le passage de l état gazeux à l état liquide. Expérience 4 En déposant l allumette dans le gobelet rempli d eau, tu aurais dû observer que celleci flottait à la surface de l eau, puisque le bois a une propriété flottante. Tu aurais dû constater que l eau était sous sa forme liquide. Après avoir laissé le gobelet pendant deux heures dans le congélateur, tu aurais dû constater en le sortant de celui-ci que l eau avait gelé. L allumette qui flottait au départ était maintenant solidifiée dans l eau glacée. Tu aurais dû constater que l eau était sous sa forme solide. Ce phénomène se nomme la solidification : le passage de l état liquide à l état solide. 41

42 Notions scientifiques Au total, il y a quatre changements d état de l eau : la fusion, la vaporisation, la condensation et la solidification. Ces changements d état sont présents dans la nature. Il est possible d observer leurs manifestations. La fusion est le passage de l état solide à l état liquide. Quand la température est supérieure à 0 C, la glace fond et l eau redevient liquide. Dans la nature, la glace et la neige fondent et rejoignent les cours d eau; il s agit du ruissellement. La vaporisation est le passage de l état liquide à l état gazeux. L eau liquide se transforme en gaz. Pour que l eau subisse cette transformation, sa température doit être modifiée. Il faut, plus précisément, augmenter sa température afin que de gouttelettes, invisibles à l œil nu, s évaporent dans l air. Comme la vapeur est un gaz plus léger que l air, celle-ci s élève dans le ciel. Ce phénomène se produit également dans la nature. Le soleil réchauffe l eau des océans et des continents. Il y a un transfert qui se créer par évaporation (vapeur d eau) et par évapotranspiration (transpiration des végétaux). La condensation est le passage de l état gazeux à l état liquide. L eau sous forme de gaz redevient liquide. Ce phénomène se produit en altitude, la vapeur d eau se condense et forme les nuages. Les nuages sont composés de petites gouttes qui s unissent pour en former de plus grosses. Lorsque ces gouttes sont trop lourdes pour les nuages, elles retombent sur la terre sous forme de précipitations. La solidification est le passage de l état liquide à l état solide. L eau se transforme en glace sous l effet du froid. Pour que la transformation ait lieu, la température de l eau doit diminuer considérablement. Sa température doit se situer en dessous de 0 C. Ce phénomène se produit dans la nature. Lorsque la température atmosphérique est inférieure à 0 C, les précipitations se transforment en neige ou en grêle, et les eaux en glace. À 0 C, il y a un mélange de glace et de liquide. 42

43 Voici un schéma expliquant les changements d état de l eau : Liquide Solidification Évaporation Fusion Condensation Solide Gazeux 43

44 Voici un questionnaire afin de tester tes apprentissages sur les changements d état de l eau. 1. Comment nomme-t-on le passage de l'eau de l'état solide à l état liquide? 2. De combien est la température de fusion de l eau? 3. Comment nomme-t-on le passage de l'eau de l'état liquide à l'état gazeux? 4. La vapeur d eau est-elle un gaz plus lourd ou plus léger que l air? 5. Comment nomme-t-on le passage de l'eau de l'état gazeux à l'état liquide? 6. Comment la condensation se produit-elle en altitude? 7. Comment nomme-t-on le passage de l eau de l état liquide à l état solide? 8. À quelle température doit se situer l eau pour que le phénomène de solidification ait lieu? 44

45 Module 4 : Le cycle de l eau 45

46 Voici un questionnaire afin de tester tes connaissances sur le cycle de l eau. Écris ta réponse sur les lignes prévues à cet effet. 1. Le cycle de l eau est toujours en mouvement. Nomme les étapes du cycle de l eau. 2. Est-ce que le cycle de l eau se déroule seulement sur la Terre? 3. Sans le cycle de l eau, la vie sur la terre est-elle possible? 46

47 Expérience 1 : Le cycle de l eau est continuellement en mouvement. Que se passe-t-il en réalité? Formule ton hypothèse. Pour réaliser ton expérience, tu auras besoin du matériel suivant : - Un bac en plastique transparent - Un gobelet en plastique transparent - Une pellicule de plastique - Du papier collant - Des glaçons - De l eau chaude Assure-toi que tu as tout le matériel nécessaire pour réaliser tes expériences. Fiche technique 1.1 Place le gobelet dans le bac en plastique. 47

48 1.2 Demande à ton enseignant de verser de l eau chaude dans le bac en plastique. Assure-toi qu il n y ait pas d eau qui tombe dans le gobelet. Il doit rester vide. 1.3 Recouvre le bac transparent à l aide de la pellicule en plastique. Mets du papier collant sur les côtés afin que la pellicule en plastique ne se déplace pas. Si tu as de la difficulté, demande à l un de tes coéquipiers. 1.4 Dépose les glaçons sur la pellicule en plastique. Disperse-les sur la pellicule. 1.5 Attends cinq minutes. Enlève la pellicule de plastique. 1.6 Note tes observations. 48

49 Cueillette des données et synthèse des observations Expérience 1 Après avoir complété toutes les étapes, il ne sait rien produit. Après cinq minutes, tu aurais dû observer une légère buée qui s était formée sur le rebord du bac en plastique transparent. Il s agissait de la vapeur d eau créer par l eau chaude de la bouilloire. Tu aurais dû observer également que les glaçons que tu avais déposés sur la pellicule de plastique n étaient plus de la même taille. Sous l effet de la chaleur de l eau chaude, les glaçons fondaient. Une fois la pellicule de plastique enlevée, tu aurais dû constater que le gobelet au centre du bac en plastique transparent qui était vide au départ était maintenant rempli d eau. Il y a donc eu un mouvement qui s est créé à l intérieur du bac. Ce mouvement se nomme le cycle de l eau. 49

50 Notions scientifiques Le cycle de l eau est sans cesse en mouvement. Il se déroule dans l atmosphère, à la surface de la terre ou dans le sol. L ensemble de l eau qui recouvre la croûte terrestre (les océans, les mers, les lacs, les fleuves, les rivières et les rivières souterraines) est nommé hydrosphère. De plus, le cycle de l eau est un élément nécessaire à la vie. L eau fait partie de la composition de toutes les cellules. Même le corps humain est formé d eau. Elle est importante à notre survie, à celle des animaux et même, celle des plantes. Voyons comment se déroule le cycle de l eau. Les précipitations proviennent des nuages. Elles peuvent tomber sous différentes formes. À l état liquide, il sera question de la pluie et à l état solide, il s agit plutôt de la grêle, de la neige et du verglas. Une partie des précipitations s évapore et le reste ruisselle vers les cours d eau ou s infiltre dans le sol pour alimenter les nappes souterraines. En hiver, la plupart des précipitations sont emmagasinées sur le sol, sous forme de neige ou de glace. Lorsqu arrive la fonte des neiges au printemps, il y a d immenses quantités d eau qui sont libérées rapidement. Cela peut provoquer un ruissellement d eau important qui va alimenter les rivières et les lacs. Le ruissellement est défini comme l écoulement des eaux. Il s agit de l eau qui a échappé à l infiltration, à l évaporation et au stockage dans les nappes souterraines. Les précipitations, à l état liquide comme la pluie, s infiltrent dans le sol. Cette eau dans le sol peut servir à alimenter les racines des arbres et des plantes ou simplement s écouler plus profondément dans le sol. Elle atteint les nappes souterraines. Il s agit de l infiltration. Le soleil réchauffe l eau des rivières, des lacs, des océans et même des petites flaques que l on retrouve au sol. Au fur et à mesure que le soleil réchauffe l eau, elle commence à s évaporer dans l atmosphère sous forme de vapeur d eau. Cela se nomme l évaporation. De plus, il existe un autre phénomène qui crée la 50

51 vapeur d eau, il s agit de l évapotranspiration. Les arbres et les plantes libèrent également de la vapeur d eau. En effet, ils emmagasinent à l aide de leurs racines l eau qui s infiltre dans le sol. Le surplus d eau dans celles-ci s évapore par l intermédiaire de leurs feuilles. La vapeur d eau créée par l évaporation et l évapotranspiration monte dans l atmosphère. La vapeur d eau étant un gaz plus léger que l air; elle s élève dans l atmosphère. En montant dans l atmosphère, elle se refroidit et se transforme en gouttelettes d eau; elle passe donc de l état gazeux à l état liquide. Cela se nomme la condensation. Ces gouttelettes se regroupent et forment les nuages. Lorsque celles-ci sont plus lourdes que les nuages, elles tombent en précipitations. Le cycle de l eau recommence. Voici un schéma afin de t aider à mieux comprendre le cycle de l eau : 51

52 Voici un questionnaire afin de tester tes apprentissages sur le cycle de l eau. Écris ta réponse sur les lignes prévues à cet effet. 1. Quelles sont les étapes du cycle de l eau? 2. Qu est-ce que l hydrosphère? 3. D où proviennent les précipitations? 4. Peux-tu me nommer 4 formes de précipitations? 5. Qu est-ce que le ruissellement? 6. Qu est-ce que l infiltration? 7. Lors du cycle de l eau, quels phénomènes créent la vapeur d eau? 8. Que devient l eau lorsqu elle s évapore lors de l étape de l évaporation et de l évapotranspiration? 9. Quel est le changement d état de l eau qui se produit lors de la condensation? 52

53 Conclusion D abord, nous avons vu que l eau possède trois états, soit liquide, solide et gazeux. Ils sont présents dans la nature, mais un seul de ces états n est pas perceptible à l œil nu, il s agit de l état gazeux. Cet état est invisible. Si l on désire transformer l eau en ces différents états, il est possible de le faire, il suffit de modifier la température. L état liquide apparaît à une température de 0 C, l état solide à une température inférieure à 0 C et l état gazeux à une température supérieure à 100 C. Puis, il a été question des propriétés de l eau. Nous avons découvert trois grandes catégories, soit chimique, physique et thermodynamique. L eau est capable grâce à sa composition de dissoudre d autres éléments minéraux, organiques ou gazeux et de les laisser entrer en réaction sans en être transformée chimiquement; il s agit de la propriété chimique. L eau possède plusieurs propriétés physiques. Elle ne peut pas se comprimer, ni diminuer de volume (principe de Pascal). De plus, lorsqu un objet est plongé dans l eau liquide, cet objet subit une poussée vers le haut; il s agit du principe d Archimède. La dernière propriété physique de l eau concerne son volume. Il augmente lorsqu elle se solidifie. Le meilleur exemple est celui de l eau qui gèle dans les lacs, les rivières, elle ne commence pas à geler par le fond, mais par la surface. Les propriétés thermodynamiques sont nombreuses. L eau est un fournisseur d énergie. Tu as pu le voir, lorsque tu as fait l expérience avec le moulin à eau. Nous avons vu que la pression exercée par l eau sur le moulin faisait tourner celui-ci. L eau est également un bon conducteur et pour qu elle le soit, il faut que cette eau soit minéralisée. Enfin, l eau peut subir des variations de température. Ensuite, nous avons vu que l eau était capable de changer d état. Au total, il y a quatre changements d état de l eau : la fusion, la vaporisation, la condensation et la solidification. Ces changements d état sont présents dans la nature. Il est possible d observer leurs manifestations. La fusion est le passage de l état solide à l état liquide. La vaporisation est le passage de l état liquide à l état gazeux. La condensation est le passage de l état gazeux à l état liquide. La solidification est le passage de l état liquide à l état solide. 53

54 Enfin, le cycle de l eau est sans cesse en mouvement. Il se déroule dans l atmosphère, à la surface de la terre ou dans le sol. De plus, le cycle de l eau est un élément nécessaire à la vie. L eau fait partie de la composition de toutes les cellules. Même le corps humain est formé d eau. Elle est importante à notre survie, à celle des animaux et même, celle des plantes. Il se déroule selon ces étapes : précipitations, ruissellement, infiltration, évaporation/évapotranspiration et condensation. Tu as maintenant acquis un bon nombre de connaissances sur le thème de l eau, mais ce n est pas terminé. Il est possible pour toi de poursuivre tes recherches sur cette ressource qui est tant convoitée par les êtres humains. Pourquoi ne pas chercher à savoir comment elle devient de l eau potable? Elle doit tout de même faire un long voyage avant d arriver à notre robinet. Nous avons parlé de l eau en général, mais il n a pas été question de la pollution que l eau subit pendant ses transformations lors du cycle de l eau. Tu pourrais donc chercher à ce sujet également. Comme tu peux le voir, les possibilités sont infinies. Voici pour t aider quelques lectures pour approfondir tes connaissances au sujet de l eau. Grinberg, Delphine Expériences avec l eau, Éditeur Fernand Nathan, Coll. Croq Sciences, 30 p. Colletif Les secrets de l eau, Éditeur Bayard Jeunesse, Coll. Youpi, 24 p. Benchetrit, André En fait l eau, c est quoi?, Éditeur Belin, Coll. Les questions de Justine, 26 p. Prigent, Christiane Je comprends tout! Eau, Éditeur Gallimard Jeunesse, Coll. Je veux tout savoir! Mes découvertes,

55 Annexe Cette annexe contient tous les questionnaires avant et après enseignement de chaque module dont il a été question dans ce recueil. 55

56 Questionnaire avant enseignement 1. Combien d états possèdent l eau? L eau possède trois états différents. 2. Peux-tu me les nommer? Solide, liquide et gazeux. Questionnaire après enseignement 1. Quels sont les trois états de l eau? Solide, liquide et gazeux. Les différents états de l eau Les réponses aux questionnaires 2. Quelle est la composition moléculaire de l eau? Elle est composée de trois atomes : deux d hydrogène (H) et un d oxygène (O). 3. L eau a plusieurs aspects. Es-tu capable de me trouver 4 aspects de l eau que l on retrouve dans la nature? Il y a plusieurs réponses possibles : la glace, la neige, la gelée blanche, la grêle, le verglas, la pluie, la rosée, le brouillard, la buée et l eau douce. 4. Qu est-ce qui permet de transformer l eau en ces différents états? La température dans laquelle l eau est conservée. 5. À quelle température l eau a-t-elle un état liquide? Entre 0 C et 100 C. 6. Peux-tu me nommer un exemple de l état liquide que l on retrouve dans la nature? Il y a plusieurs réponses possibles : la pluie, la rosée, le brouillard, la buée, l eau douce, les rivières, les océans et les lacs. 7. À quelle température l eau a-t-elle un état gazeux? Au-dessus de 100 C. 56

57 8. Est-il possible de voir la vapeur d eau? La vapeur d eau est invisible. Il est possible de la voir lorsqu elle est contenue en grande quantité. Par exemple, l eau en ébullition dans une casserole. 9. À quelle température l eau estelle qualifiée de solide? En dessous de 0 C, l eau gèle. 10. Peux-tu me nommer un exemple de l état solide que l on retrouve dans la nature? Il y a plusieurs réponses possibles : La glace, la neige, la gelée blanche, la grêle et le verglas 57

58 Questionnaire avant enseignement Les propriétés de l eau Les réponses aux questionnaires 1. L eau possède plusieurs propriétés, quelles sont-elles? Les propriétés chimique, physique et thermodynamique. 2. À quels états peut-on observer les propriétés de l eau? À l état liquide et à l état solide. Questionnaire après enseignement 1. Quelles sont les trois propriétés de l eau? L eau a des propriétés chimique, physique et thermodynamique. 2. Quelle est la propriété chimique de l eau? L eau est capable, grâce à sa composition, de dissoudre d autres éléments minéraux, organiques ou gazeux et de les laisser entrer en réaction sans en être transformée chimiquement. 3. Qu est-ce que le principe de Pascal? L eau ne peut pas se comprimer, ni diminuer de volume. Même si l eau subit une pression très forte, elle va retransmettre cette pression subie. 4. Qu est-ce que le principe d Archimède? Lorsqu un objet est plongé dans l eau liquide, cet objet subit une poussée vers le haut. 5. Donne-moi un exemple qui prouve que l eau, lorsqu elle se solidifie, augmente de volume. L eau qui gèle dans les lacs, les rivières, etc., elle ne commence pas à geler par le fond, mais par la surface. 6. Quelles sont les trois composantes de la propriété thermodynamique? L eau est fournisseur d énergie. L eau est un bon conducteur. L eau subit des variations de température. 58

59 Les changements d état de l eau Les réponses aux questionnaires Questionnaire avant enseignement 1. Combien y a-t-il de changements d état de l eau? Il y en a quatre. 2. Peux-tu me les nommer? La fusion, la vaporisation, la condensation et la solidification. 3. Qu est-ce qui est nécessaire pour réaliser ces changements d état de l eau? Il faut modifier la température de l eau pour réaliser des changements d état. Questionnaire après enseignement 1. Comment nomme-t-on le passage de l'eau de l'état solide à l état liquide? La fusion. 2. De combien est la température de fusion de l eau? La température est de 0 C. 3. Comment nomme-t-on le passage de l'eau de l'état liquide à l'état gazeux? La vaporisation. 4. La vapeur d eau est-elle un gaz plus lourd ou plus léger que l air? La vapeur d eau est considérée comme un gaz plus léger que l air. En étant plus légère que l air, la vapeur d eau peut s élever jusqu au ciel. 5. Comment nomme-t-on le passage de l'eau de l'état gazeux à l'état liquide? La condensation. 6. Comment la condensation se produit-elle en altitude? La vapeur d eau se condense et forme les nuages. Les nuages sont composés de petites gouttes qui s unissent pour en former de plus grosses. Lorsque ces gouttes sont trop lourdes pour le nuage, elles retombent sur la terre sous forme de précipitations. 7. Comment nomme-t-on le passage de l eau de l état liquide à l état solide? La solidification. 8. À quelle température doit se situer l eau pour que le phénomène de solidification ait lieu? La température doit être inférieure à 0 C. 59

60 Questionnaire avant enseignement Le cycle de l eau Les réponses aux questionnaires 1. Le cycle de l eau est toujours en mouvement. Nomme les étapes du cycle de l eau. Précipitations Ruissellement Infiltration Transpiration/Évaporation Condensation 2. Est-ce que le cycle de l eau se déroule seulement sur la Terre? Non. Le cycle se déroule dans l atmosphère, à la surface de la terre ou dans le sol. 3. La vie est-elle possible sans le cycle de l eau? Non, l eau est un élément nécessaire à la vie. L eau fait partie de la composition de toutes les cellules. Même le corps humain est formé de ¾ d eau. Elle est importante à notre survie, à celle des animaux et même, celle des plantes. Questionnaire après enseignement 1. Quelles sont les étapes du cycle de l eau? Les précipitations Le ruissellement L infiltration L évaporation/l évapotranspiration La condensation 2. Qu est-ce que l hydrosphère? L ensemble de l eau qui recouvre la croûte terrestre (les océans, les mers, les lacs, les fleuves, les rivières et les rivières souterraines) 3. D où proviennent les précipitations? Les précipitations proviennent des nuages. 4. Peux-tu me nommer 4 formes de précipitations? À l état liquide, il y a la pluie. À l état solide, il y a le verglas, la neige et la grêle. 5. Qu est-ce que le ruissellement? 60

61 Il s agit de l écoulement des eaux. Le ruissellement est l eau qui a échappé à l infiltration, à l évaporation et au stockage dans les nappes souterraines. 6. Qu est-ce que l infiltration? Il s agit des précipitations, à l état liquide comme la pluie, qui s infiltrent dans le sol. Cette eau dans le sol peut servir à alimenter les racines des arbres et des plantes ou simplement s écouler plus profondément dans le sol. Elle atteint les nappes souterraines. 7. Lors du cycle de l eau, quels phénomènes créent la vapeur d eau? L évaporation et l évapotranspiration. 8. Que devient l eau lorsqu elle s évapore lors de l étape de l évaporation et de l évapotranspiration? La vapeur d eau crée par l évaporation et l évapotranspiration monte dans l atmosphère. En montant dans l atmosphère, elle se refroidit et se transforme en gouttelettes d eau; elle passe donc de l état gazeux à l état liquide. 9. Quel est le changement d état de l eau qui se produit lors de la condensation? De l état gazeux (la vapeur d eau) à l état liquide (les gouttelettes d eau). 61