Construire une station d épuration Dans ce dossier : Présentation du projet 2 Filtrer un maximum de déchets 3 Bilan des premières expériences 9 Enlever l huile 10 Enlever le sucre 12 Enlever les levures 13 Fabrication de la maquette 16 Ouverture sur le monde du travail 17 Témoignages de quelques élèves 18 Conclusion 19
Présentation du projet Le projet a été proposé à 17 élèves de cinquième (plus 2 qui viennent de s inscrire au collège récemment). Dans le cadre des Itinéraires de découverte, 2 heures par semaine, ils ont travaillé sur ce modèle de station d épuration, encadrés par deux professeurs : Mme LECACHEUX professeur de SVT et Mme TOQUET, professeur de Physique Chimie. Nous voulions trouver un projet en lien avec les programmes de cinquième des 2 matières. Nous avons pensé à L eau et l environnement, le traitement des eaux polluées. D où l idée de leur faire fabriquer un modèle d une station dépuration. Ce qui nous a séduit dans ce projet, c est que les élèves avaient la possibilité de manipuler et faire leurs expériences, aller à leur rythme. Lors de la première séance, nous leur avons présenté un bocal d eau polluée. huile sable bois papier gravier sucre plastique épluchure de banane Comment nettoyer cette eau pour que notre poisson rouge puisse y vivre? (ou la rejeter dans l environnement sans le polluer) Par groupe, chacun a essayé d imaginer une expérience qui permettrait d enlever les déchets de l eau. Ils l ont schématisée puis réalisée. Les résultats et les différentes observations ont permis de mettre en place un modèle de station d épuration. (par les professeurs) Page 2
Filtrer un maximum de déchets (1/4) Le but est d enlever le gravier, le plastique, la terre, les papiers et les épluchure de l eau. (par Lucas P, Grégoire et Théo) EXPERIENCE On a voulu faire filtrer l eau polluée pour en faire une eau propre. Nous avons confectionné un filtre avec un filtre à café, du sable recouvert de gravier. RESULTAT Schéma du montage Dans le filtre, il reste le sable et le gravier ainsi que les détritus du début qui se sont se sont déposés sur le sable ou le gravier. Dans le récipient en dessous il y a un peu de terre,eau. Les gros déchets sont filtrés mais on n arrive pas à enlever toute la terre car elle est mélangée dans l eau donc l eau qui tombe est marron. Nous avons décidé de laisser décanter jusque au cours suivant (1 semaine) pour récupérer une eau limpide. Mais reste encore des particules en suspension. Résultat après le filtrage Résultat après décantation (après un 2ème filtrage) CONCLUSION Notre filtre retient les gros déchets mais ne retient pas les petites particules. Il faut trouver un autre système de filtrage pour les petites particules en suspension. Page 3
Filtrer un maximum de déchets (2/4) L eau est sale. Comment faire pour enlever maximum de constituants? (par Marion et Amandine) EXPERIENCE Pour réussir à dépolluer l eau, il faut mettre un tissu sur un bocal et on verse l eau polluée sur le tissu. (voir schéma de l expérience sur la page suivante) Tissu posé sur un cristallisoir dans lequel on récupère l eau filtrée. RESULTAT Quand on verse l eau ( gravier, plastiques ). avec les déchets tous ces déchets restent sur le tissu (graviers, carton, plastique) l huile ne passe pas à travers le chiffon car l huile est trop épaisse. l eau passe à travers Gros déchets retenu dans le torchon. L huile laisse une trace. L eau filtrée est limpide. CONCLUSION Le torchon retient tout sauf l eau. L eau devient claire et propre. Nous aurions dû recommencer l expérience pour nous assurer qu il n y avait vraiment pas d huile dans l eau. Nous n avons pas testé s il restait du sucre, mais nous pensons qu il a traversé le torchon avec l eau. Comment enlever le sucre? Page 4
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Filtrer un maximum de déchets (3/4) Le but est d enlever les gros déchets (du papier, du plastique, du gravier, de l encre, du sable, de la terre, de l huile) de l eau. (par Thibaut, Lucas A, Tony) EXPERIENCE On met de l eau dans un bocal avec des déchets. On verse cette eau polluée sur une passoire avec un filtre à café. En dessous, il y a un récipient dans lequel on récupère l eau. Schéma du montage de l expérience RESULTAT Dans le filtre, il reste du papier, du plastique, du gravier et la terre. L eau, l encre et l huile passent le filtre. On remarque que dans le récipient contenant les déchets, le sable et la terre se déposent au fond et ne tombent pas dans le filtre. On remarque aussi que le filtre à café se déchire avec les graviers. CONCLUSION La terre et certains déchets lourds restent au fond. Le filtre retient les gros déchets mais pas l encre et l huile. Etant donné que le filtre à café se déchire avec les gros déchets. Il faudrait d abord filtrer les gros déchets avec la passoire puis, les petits déchets avec le filtre. Page 6
Enlever un maximum de déchets (4/4) (par Marius, Boris et Brennan) EXPERIENCE Nous avons eu l idée de chauffer l eau et de récupérer la vapeur d eau sur un autre récipient. On récupère l eau qui s évapore. Ainsi, seule l eau s évapore et les déchets polluants restent dans le récipient chauffé. Nous voulions enfermer cette vapeur d eau dans un bocal et mettre ce bocal au frigo pour que la vapeur se condense en eau liquide. (Voir schéma sur la page suivante) Notre professeur de Sciences-Physiques nous a expliqué que c était le principe de la distillation. La distillation Après réflexion, nous avons d abord enlevé les plus gros déchets par filtration: épluchures de pomme de terre, plastiques, des cailloux et du papier. RESULTAT L eau récupérée est totalement limpide et claire. Nous n avons récupérer que 100 ml d eau en une heure. Par contre, nous avons oublié de tester s il restait du sucre dedans (avec une bandelette test) CONCLUSION Eau récupérée après distillation La distillation permet de nettoyer l eau et de la débarrasser de toutes les particules. Cette solution présente quand même des inconvénients : elle est longue et difficile à mettre en place pour notre modèle de station d épuration. Page 7
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Bilan des premières expériences FILTRAGE Après les premières expériences, une mise en commun a permis de retenir les observations importantes pour la réalisation de la station d épuration. (par Boris et Lucas) Plastique Gravier Sable Terre Papier Huile Constituants polluants de l eau Filtre ayant retenu les constituants polluants Passoire, filtre, torchon Passoire, torchon Appareil à distiller, décantation, filtre Appareil à distiller, décantation Passoire, appareil à distiller, torchon Aucun OBSERVATIONS DIVERSES On remarque, que le sable se dépose sur le fond que l huile remonte vers la surface lorsqu on laisse notre résultat de coté que le papier filtre casse avec les gros déchets CONCLUSION Il faut donc séparer la filtration des grosses et petites particules dans le temps : les grosses particules avant et les fines après. On peut filtrer les grosses avec un gros grillage puis les fines particules avec un filtre plus fin (style filtre à café). On peut laisser décanter la terre et le sable dans un bac. On peut utiliser les propriétés de l huile et de l eau pour les séparer. Il ne reste plus qu à enlever l huile et le sucre... Page 9
Enlever l huile L objectif est de séparer l huile de l eau afin de ne récupérer que l eau. (par Lucie, Pauline et Flavien) EXPERIENCE Voici ce que nous avons fait : Pour enlever l huile de l eau nous avons utilisé une ampoule à décanter. Nous avons versé, l eau contenant l huile et le sucre, dans l ampoule. Nous avons attendu quelques minutes. (voir schéma d expérience sur la page suivante) L huile se sépare de l eau dans l ampoule à décanter. RÉSULTAT L huile ne se mélange pas avec l eau et donc s en sépare facilement. L eau reste en bas et l huile reste au dessus. On ouvre le robinet et on laisse couler l eau jusqu à ce que le niveau d huile arrive au niveau du robinet. On fait couler de l eau filtrée sur du papier filtre. Après séchage, il n y a aucune trace sur le papier, ce qui prouve qu il n y a pas d huile dans l eau filtrée. CONCLUSION En utilisant les propriétés de l huile et de l eau, nous avons réussi à enlever l huile de l eau polluée. Il ne reste plus qu à trouver une solution pour enlever le sucre. Page 10
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Enlever le sucre EXPERIENCE Après un rappel rapide de notre professeur de SVT sur le programme de sixième, nous avons eu l idée d enlever le sucre en utilisant la levure de boulanger. Dans le chapitre sur la fabrication du pain, nous avons vu que la levure «mangeait» l amidon du blé alors pourquoi pas le sucre (par Guillaume, Joris et Florian) Nous avons mélangé une solution de glucose (1g de glucose dans 20 ml d eau) avec une solution de levure (4g de levure dans 70 ml d eau).. On a mit après une bandelette test de glucose dans le mélange. Le réactif est devenu violet foncé ce qui montre que la concentration en glucose est importante en début d expérience. (voir schéma d expérience sur la page suivante) T o Présence de glucose T+ 1 h Absence de glucose RESULTAT Lecture du résultat sur la boite Au bout d une heure, nous avons remis une bandelette test dans la solution. Le réactif est resté rose ce qui montre qu il n y a plus de glucose dans le mélange. Pour d autres groupes, le réactif est devenu violet ce qui montre qu il y avait encore beaucoup de sucre dans la solution. Le professeur a refait le test deux heures après notre cours et le réactif est resté rose. CONCLUSION Expérience avec et sans le bulleur On peut utiliser les levures pour enlever le sucre de l eau polluée. Mais il faut faire attention aux concentrations de levures et de glucose. Peut-être que pour certains groupes, il n y avait pas assez de levure ou trop de sucre. Cette expérience nous a donné du mal. Nous l avons refait plusieurs fois car nous nous sommes demandé si la réaction était plus rapide en mettant un bulleur d oxygène. Nous avons donc recommencé l expérience avec un bulleur. Le réactif au glucose restait violet, ce qui montre la présence de glucose. Mais contrairement à l expérience ci-dessus, ce n était pas de la levure fraîche. On recommencera l expérience en mettant la solution sur un mélangeur (moins d oxygène) et en utilisant de la levure fraîche. Page 12
Enlever les levures (1/3) Le but est d enlever un maximun de levures de la solution afin de ne pas en rejeter de trop dans la nature. (par Lucas D, Thibaut, Fabien, Boris, Guillaume) EXPÉRIENCE Problème : Comment enlever les levures? Expérience n 1 Expérience n 2 Expérience n 3 Expérience n 4 Expérience n 5 1. Préparer une solution de levures 2. sans rien ajouter 2. en ajoutant du chlorure de fer 2. en ajoutant du Talc 2. en ajoutant de l hydroxyde de calcium 2. en chauffant solution 3. Attendre la décantation Pas de photo 4. Filtrer 5. Faire une préparation microscopique de la solution après filtration et Observer les deux solutions au microscope (photos prises avec la webcam) Réalisation d une préparation microscopique d une solution de levures Préparation des différentes solutions Page 13
Enlever les levures (2/3) RESULTAT Le but est d enlever un maximun de levures de la solution afin de ne pas en rejeter de trop dans la nature. (par Lucas D, Thibaut, Fabien, Boris, Guillaume) Expérience n 1 Sans rien ajouter Pas de photo mais il restait des levures Au bout d une heure Au bout de 6 jours Expérience n 2 Avec du chlorure de fer Au bout d une heure Au bout de 6 jours Expérience n 3 Avec du talc Au bout d une heure Au bout de 6 jours Page 14
Enlever les levures (3/3) RESULTAT Le but est d enlever un maximum de levures de la solution afin de ne pas en rejeter de trop dans la nature. (par Lucas D, Thibaut, Fabien, Boris, Guillaume) Expérience n 4 Avec de l hydroxyde de calcium Au bout d une heure Au bout de 6 jours Expérience n 5 En chauffant Pas de photo mais il restait des levures Au bout d une heure Au bout de 6 jours CONCLUSION L hydroxyde de calcium et le talc semblent faciliter la décantation totale des levures. Mais le résultat est long à obtenir. Nous devons recommencer l expérience car nous ne l avons réalisée qu une seule fois. (Les professeurs nous ont aidé pour l observation et la réaction de cette page) Page 15
Fabrication de la maquette Nous avons regroupé tous les résultats de nos expériences et imaginé la mise en place des différents bacs dans lesquels l eau sera petit à petit nettoyée. Chaque groupe à imaginé une maquette. Il fallait essayer d imaginer un enchainement qui marche, à un moindre coût. PLAN Un exemple de plan pour la maquette FABRICATION Réfléchir à la fixation des robinet sur les bacs Peindre la maquette Page 16
Ouverture sur le monde du travail (par les professeurs) VISITE D UNE STATION D EPURATION Le 6 mars 2012, nous allons visiter la station d épuration de Querqueville. Mme LOY Chantal, employée au Cycle de l eau de Cherbourg, va nous faire une visite guidée. Ce sera l occasion pour nous, de voir comment l eau est réellement nettoyée. Cette visite était initialement prévue le 6 février. Cela nous aurait permis d en parler dans notre dossier. Malheureusement, ce ne fut pas possible. Bassin de décantation Désensablage et dégraissage Traitement des eaux par les bactéries Traitement des eaux par les bactéries Dans la salle de déshydratation des boues ARTICLE DANS LE JOURNAL DE LA VILLE Deux fois par mois, la ville publie un petit journal Cherbourg-Octeville, dans lequel on peut découvrir différentes activités qui se sont déroulées dans notre ville. Si nous remportons un prix au concours, nous publierons notre propre article dans ce journal. (Contact : Mme LOY) Page 17
Témoignages des élèves Thibaut J ai bien aimé travailler en groupe et faire des expériences. Ca tombe bien car j avais envie de m orienter vers une série scientifique car plus tard, je voudrais être radiologue ou vétérinaire. Lucas P. J ai beaucoup aimé construire la maquette et imaginer son plan. Plus tard, je voudrais faire Génie-Civil : imaginer la construction des autoroute, les dessiner les unes par rapport aux autres puis les voir se construire. Réfléchir à la construction de la maquette m a permis de voir que j aimerais beaucoup faire ce métier. Guillaume J ai bien aimé cet IDD. J ai appris comment on pouvait simplement dépolluer l eau et j ai bien aimé faire les expériences, les compte rendus sur ordinateur, peindre la maquette. Je ne sais pas ce que je veux faire plus tard mais il faudra que ce soit un métier qui bouge et qui me permettra de produire des choses. J aurai bien aimé participer plus à la construction de la maquette Lucas A. Je pense la même chose que Guillaume mais je n ai pas aimé rester devant l ordinateur à faire les compte rendus. C était trop long pour moi. Manipuler, construire la maquette avec les autres m a beaucoup plus plu que rédiger les compte rendus des expériences. Je ne sais pas ce que je vais faire plus tard mais ce devra être un métier manuel. Pauline J ai appris qu il était très important de dépolluer l eau. Tout m a plu dans ce projet (ordinateur, expérience, le travail en groupe) même si plus tard, ce n est pas dans ce domaine que je voudrais travailler. CONCLUSION Les élèves de cinquième sont encore jeune et beaucoup d entre eux ne savent pas ce qu ils veulent faire plus tard. Et pour ceux qui ont un petite idée, ça peu encore évoluer. Le rôle de l école est de développer différentes compétences pour que les élèves puissent découvrir, approfondir certaines compétences, connaitre leur points forts ou leurs préférences.. Page 18
Conclusion Les élèves sont tout de suite rentrés dans le projet. Imaginer et réaliser leur propre expériences sont des activités qui leur ont plu. Ils nous faisaient une liste de matériel et à chaque fois, nous essayions de leur procurer, de les conseiller. Nous les avons laissé le plus possible autonome et cela a bien fonctionné. La perspective d un concours les a motivé. Certains sont revenus sur le temps du midi pour refaire des expériences, finir le modèle de la station d épuration. Ce qui nous semble le plus important dans ce projet c est que : - Ils ont appris à travailler en groupe : respecter et écouter les autres, prendre conscience que chacun a quelque chose à apporter, accepter les idées des autres en laissant un peu la sienne de côté. - Recherche, manipulation, la rédaction sur ordinateur, la conception de la maquette, chacun y a trouvé sa place. Chacun d eux à pu apprendre ou approfondir un savoir-faire. - Le modèle de la station est LEUR modèle construit à partir de LEURS expériences. A aucun moment ils n ont cherché sur internet ou dans des documents divers. MERCI de nous avoir aidé à concrétisé notre projet. NOTRE GROUPE : Florian RIETZ Tony DELAUNEY Boris SUZANNE Guillaume YON Marius LECHENE Nicolas VINCENZINI Brennan MULLER Théo BAILLEUL Lucie BAUDIN Pauline LORD Marion DUBAA Amandine RICHARD Fabien LEFEVRE Lucas ANDRIEU Thibaut LELIEVRE Grégoire MANCEAU Lucas DUPONT Joris MALHERBE Lucas POTIER Page 19