EDUCATION A L ENVIRONNEMENT QUALITE DE L EAU

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1 DOCUMENT D AIDE A LA PREPARATION DE LA CLASSE Plan de Rénovation de l Enseignement des Sciences et de la Technologie A l école au cycle 3. EDUCATION A L ENVIRONNEMENT QUALITE DE L EAU Groupe sciences Isère 1

2 Avertissement : Ce dossier développe une approche environnementale de la problématique de la qualité de l eau. On pourra aussi se reporter au dossier «Mélanges et solutions» qui développe une approche physique complémentaire. LES PROGRAMMES Cycle 3 : Education à l environnement La qualité de l eau Compétences spécifiques : être capable de montrer expérimentalement que les substances vivantes ou inertes ne sont pas arrêtées par les filtres domestiques. Savoir que dans la nature ces substances peuvent se retrouver dans les eaux souterraines. Voir «Documents d application des programmes» Sciences et technologie cycle 3, p.18 LES OBJECTIFS DE CONNAISSANCE : Exemple de niveau de formulation à atteindre : En France, presque toutes les habitations sont alimentées en eau. Cette eau est prélevée dans le milieu naturel (nappes souterraines et eaux de surface). Elle subit des traitements qui la rendent potable. Elle est stockée dans un réservoir (château d eau en plaine) puis elle est distribuée. Chaque habitant consomme en moyenne 150l d eau par jour. Parallèlement aux usages domestiques, l eau est utilisée aussi en agriculture pour irriguer les cultures et dans l industrie pour produire l électricité, refroidir les machines, entrer dans la fabrication des produits, laver Depuis 1992, en France, une loi oblige les collectivités locales et les industriels à traiter les eaux usées avant de les rejeter dans la nature. Les eaux usées suivent tout un circuit avant d être à nouveau utilisées. Elles sont collectées dans les égouts, dirigées vers une station d épuration où elles subissent plusieurs traitements avant d être rejetées dans le milieu naturel. (cf. Environnement et citoyenneté, Dominique Gillet, CRDP de Grenoble) Notions associées : Mélange, solution, dissolution, filtration, perméabilité, infiltration, décantation, pollution (chimique, organique), composition de l eau (eau potable, eau minérale, eau pure). Groupe sciences Isère 2

3 Obstacles repérés: Fiche connaissance n 2 : Mélanges et solutions - confusions de vocabulaire : dissoudre/fondre : la fusion est le changement d état solide liquide et n a donc rien à voir avec la dissolution dans un liquide. mélange/solution : on peut toujours employer le terme de «mélange» mais il s applique plus particulièrement pour un ensemble hétérogène. Le terme de solution fait forcément référence à un ensemble homogène liquide ou gazeux, tout particulièrement quand un composant joue un rôle particulier (distinction solvant/soluté). - confusion entre eau claire et limpide et eau potable (une eau limpide peut contenir des produits chimiques ou des germes), entre eau pure et eau potable (une eau potable contient des substances dissoutes, sels minéraux, ) EXEMPLES DE CONTEXTES : Privilégier dans cette approche environnementale le travail sur le terrain : - l eau domestique - la rivière - la mer - la station d épuration - la station de captage EXEMPLES DE SITUATIONS PROBLEMES - Nettoyer de l eau sale - Rendre de l eau potable - Que deviennent les eaux usées domestiques? - Que deviennent les engrais répandus sur les sols? - Pourquoi ne trouve-t-on pas les mêmes êtres vivants (invertébrés, poissons, végétaux) dans toutes les rivières de la région ou tout le long de la même rivière? Groupe sciences Isère 3

4 PROTOCOLES D INVESTIGATION : Pour nettoyer de l eau sale : Privilégier la méthode expérimentale Les élèves proposeront facilement divers montages expérimentaux. Trois pistes pourront être exploitées : - la décantation : à partir d eau «sale» ou de mélanges que les élèves prépareront (avec du sucre, du sel, de l huile, du savon liquide, du jus d orange, de la grenadine, de la farine, de l argile, du thé.), la mise au repos du mélange permettra d isoler certaines matières mélangées à l eau (on notera lesquelles). - la filtration : à partir de leurs différents mélanges, les élèves feront leurs essais avec des passoires, des filtres à café, du coton, du gravier, du sable. On utilisera comme support des entonnoirs ou des fonds de bouteille plastique perforés encastrés dans le haut de la bouteille retournée. On cherchera à élaborer les systèmes de filtres les plus performants et on notera ce qui se filtre et ce qui ne se filtre pas. - l évaporation/condensation : pour ce qui ne s isole ni par décantation ni par filtration, par exemple pour extraire l eau du thé : On disposera au centre d une casserole de thé fumant et brûlant un pot à confiture permettant de réceptionner l eau condensée, la casserole étant coiffée par un film plastique sur lequel, au centre, on disposera des glaçons ; le film plastique présentera une pente convergeant vers le centre, les gouttelettes issues de la condensation s y regrouperont pour retomber dans le bocal situé en dessous. Pour rendre de l eau potable : S orienter sur de la recherche documentaire ou sur des enquêtes. Une eau «nettoyée» et devenue limpide peut-elle être consommée? Les élèves émettront leurs doutes : présence de microbes, de produits chimiques invisibles, La recherche documentaire ou les enquêtes permettront de faire prendre conscience des différents types de pollutions : par les détergents, par le pétrole, par les engrais, par les pesticides, par les métaux, plus la pollution organique et biologique. Les notions liées à ces pollutions sont très complexes (l expérimentation n est guère possible à l école élémentaire). La méthodologie pour obtenir une eau potable pourra être abordée lors d une visite dans une station d épuration ou par la lecture d un document : dégrillage, tamisage, floculation, filtration sur sable, ozonation, chloration ou traitement par UV, (cf. le cycle de l eau potable, Guide à l usage des enseignants, Centre d Information sur l eau). Pour le circuit de l eau domestique et le devenir des eaux usées : Enquêtes, visites de sites, recherche documentaire, modélisation: Enquête à la mairie pour savoir d où vient l eau qui alimente la commune et où sont épurées les eaux sales Enquête, observations, visites de sites pour découvrir les procédés de distribution, le château d eau, les canalisations, les égouts, les usines de traitement de l eau potable, le système d épuration des eaux usées. Groupe sciences Isère 4

5 Comparer les résultats des enquêtes avec les explications trouvées dans les documentaires. Une modélisation par élaboration de schémas pourra faire apparaître les grandes étapes du fonctionnement d une station d épuration : dégrillage, dessablage, déshuilage, décantation, épuration biologique, clarification. Selon la localisation de l école, les élèves pourront être amenés à découvrir d autres modes d assainissement (lagunage, champs d épandage ) ou s apercevoir que leur commune n est toujours pas reliée à un réseau d assainissement. Pour le devenir des engrais dans la nature : Utilisation de la méthode expérimentale L enseignant pourra demander aux élèves d imaginer un dispositif permettant de simuler grossièrement ce qui se passe dans un sol. On utilisera le dispositif décrit plus haut (filtration pour nettoyer l eau sale) en superposant de haut en bas dans l entonnoir coton, sable et gravier. Les élèves pourront préparer un mélange d eau avec de l engrais non coloré, le filtrer et comparer le résultat de la filtration à celui obtenu à partir d un échantillon témoin d eau sans adjonction d engrais. Les élèves pourront comparer odeur, couleur et soumettre à évaporation (dans une coupelle sous une lampe) les filtrats pour mettre en évidence des résidus. Ils pourront ainsi constater que l on retrouve la trace de l engrais après filtration. Par analogie, ils pourront en conclure qu il en est de même dans le sol et que les engrais peuvent se retrouver dans les eaux souterraines. Limite de cette modélisation : la présence ou l absence de végétaux en surface, la quantité d engrais épandu, la répartition de l arrosage dans le temps font varier d une façon importante les résultats obtenus. Pour étudier la qualité de l eau de la rivière : Observation de la réalité, prise d indices et recherche documentaire: Sur une berge bien adaptée (attention aux conditions de sécurité), les élèves pourront faire des observations et étudier des prélèvements de l eau : mesures physiques, mesures chimiques, vie aquatique, vie sur les berges (cf. carnet de terrain p.5 du classeur pédagogique «La Rivière m a dit», FRAPNA). La présence ou l absence de certains invertébrés peut être un bon indicateur de la qualité de l eau. NB : On veillera au respect du milieu naturel : - prélèvements à minima et ciblés - milieu remis dans son état initial (ex : cailloux du ruisseau remis en place) - remise des éléments prélevés dans leur milieu naturel après étude. Pour la compréhension globale du «cycle aménagé» de l eau : Recherche documentaire et modélisation : Les élèves pourront faire des recherches dans de nombreux ouvrages et supports audio-visuels qui leur sont directement accessibles et qui leur permettront d appréhender la notion de qualité de l eau. Groupe sciences Isère 5

6 Au-delà, il pourra être intéressant de mettre les élèves au défi de réaliser une maquette permettant de mettre en évidence le «cycle aménagé» de l eau. Cette forme de modélisation concrète pourra déboucher sur une modélisation plus abstraite sous forme de schéma. VOCABULAIRE SPECIFIQUE - lié à la qualité de l eau : Eau usée, eau polluée, eau épurée, eau potable, eau minérale - lié aux différents concepts associés au cycle de l eau aménagé : filtration, décantation, dégraissage, traitement biologique, traitement chimique, stockage, pompage, distribution, consommation Principe du pollueur payeur Groupe sciences Isère 6

7 BIBLIOGRAPHIE Classeur Matière et énergie, Cycle 3,, Edition Delagrave CNDP Fiches enseignant et fiches élèves 45 à 54. A nous le monde, CM1, SEDRAP La qualité de l eau p. 138 à 143 : De quoi est composée l eau? D où vient l eau que nous consommons? Les consommations d eau par secteur d activité. Quelles sont les principales causes de la pollution de l eau? Quels sont les moyens mis en œuvre pour préserver la qualité de l eau? Les étapes du retraitement des eaux. Sciences et technologie, cycle 3, les savoirs de l école, Hachette La qualité de l eau, Livre de l élève p. 46 et 47 et livre du maître p. 70 à 74 : les différentes phases du traitement de l eau potable et d épuration des eaux usées. Environnement et citoyenneté, Dominique Gillet, CRDP de Grenoble. La rivière, milieu de vie p. 56 à 67 : les habitants de la rivière, les polluants de la rivière, l impact des activités de l homme sur L équilibre de la rivière et sur la qualité de l eau dans le cycle naturel et dans le cycle aménagé. La station d épuration p. 68 à 78 : les usages de l eau, le traitement des eaux usées, le fonctionnement d une station d épuration (cf. cassette vidéo, ma petite planète chérie, Folimage) L eau, un bien à protéger, les Petits Débrouillards, Albin Michel Jeunesse Qu est-ce que la pollution? (p 18 à 21) - comment peut-on dire qu une eau est polluée ou qu elle ne l est pas? Les êtres vivants n aiment pas le savon (p.22 à 25) - pour comprendre le rôle des détergents quand on lave ou nettoie mais aussi leurs effets dans la nature. La rivière est-elle polluée? (p. 26 à 29) faire des prélèvements à différents endroits d une rivière et repérer des espèces indicatrices de pollution. De la fontaine au château d eau ( p. 30 à 33) Comment l eau arrive-t-elle au cinquième étage d un immeuble? Qu est-ce qui fait jaillir l eau d une fontaine vers le haut? A la découverte de l eau, les Petits Débrouillards, Albin Michel Jeunesse La Rivière m a dit, classeur pédagogique, FRAPNA,WWF. Livret de connaissances pour le maître, fiches d activités et petit matériel pour mener des investigations sur la rivière et son bassin versant. Le cycle de l eau potable, Guide à l usage des enseignants, Centre d Information sur l eau ( Informations générales et suggestions d activités sur le cycle de l eau potable, à destination des enseignants de CM1/CM2 Enseigner la biologie et la géologie à l école élémentaire, R. Tavernier, Bordas Recueil d informations et propositions pédagogiques pour le maître à propos de la qualité de l eau, p 301 à 307 Groupe sciences Isère 7

8 KIDIDOC, L eau, Nathan Livre animé sur le cycle de l eau (pour les élèves) 30 mots clés pour comprendre l eau, PEMF Qualité p 74 à 77, traitement p 82 à 85, pollution p 62 à 65, pluies acides p 61, usages p 86 et 87. Cassette vidéo : Ma petite planète chérie, Folimage L eau, c est la vie Remonter la rivière jusqu à la source : pour comprendre que si on salit l eau de la rivière on perturbe la vie de ses habitants animaux et végétaux et que cette pollution a aussi un impact sur l homme Histoire d eau Une station d épuration des eaux usées : pour comprendre le rôle et le fonctionnement d une station d épuration SITES INTERNET Agences de l'eau et de la direction de l'eau du ministère de l'environnement : pour tout savoir sur l'eau, sa qualité, sa protection, le cycle de l'eau, sur les gestes pour préserver l'eau. L'eau notre patrimoine (le cycle de l'eau, l'alimentation en eau potable, la pollution, l'épuration de l'eau, des définition, le milieu naturel en eau douce : effet des activités humaines, les milieux aquatiques. Loi n 92-3 du 03 janvier 1992 sur l'eau Rapport sur la qualité de l'eau et l'assainissement en France (très complet) L'eau du robinet en 10 chapitres : un jeu de pistes pour les enfants Le cycle de l'eau, l'histoire de l'eau, les ressources en eau. Groupe sciences Isère 8

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