Comment limiter nos prélèvements d'eau et connaitre le niveau de la nappe souterraine ?

Doit-on limiter nos prélèvements d'eau dans la nappe d'eau souterraine ?

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SÉANCE 1  
Compétences disciplinaires associéesConnaissances disciplinaires associées
  • Relier les besoins de l’être humain, l’exploitation des ressources naturelles et les impacts à prévoir et gérer (risques, rejets, valorisations, épuisement des stocks).
  • Exploitation raisonnée et utilisation des ressources (eau, pétrole, charbon, minerais, biodiversité, sols, bois, roches à des fins de construction…).
  • Fonction technique, solutions techniques.

Démarches et approches

                Simulation          Manipulation         Documentation

L'eau souterraine, une ressource épuisable ?

Durée : 2h00

05’—Entrée des élèves

05’—Situation déclenchante : Nous savons que l’eau du robinet dans notre commune provient du sous-sol. Le professeur rappelle la problématique du projet « Consommons-nous trop d’eau à l’école ? ».

05’—Doit-on limiter les prélèvements d’eau dans la nappe souterraine ?

L'enseignant dispose d'un dossier de presse (BRGM du 20 avril 2016) sur le thème de « Recharge des nappes et adaptation au changement climatique ».

 60’—Consigne de travail : Les élèves doivent rechercher dans les documents les informations qui montrent que l'eau de la nappe souterraine est une ressource épuisable et présenter ces informations sous la forme de leurs choix. Ce travail peut se faire seul ou par binôme.

Documents et matériel : les documents peuvent être utilisés en ligne ou imprimé.

  • une carte « état des nappes d’eau souterraine au mois de … … »,
  • ou une carte en version interactive,
  • un graphique sur la variation du niveau de la nappe. Le graphique doit être simplifié par l’enseignant qui conserve seulement la courbe « moyenne »,
  • un modèle mis en place par l’enseignant : un récipient, de type petit aquarium ou vivarium ou une bassine de hauteur de 40 cm., empli aux 3/4 de sables et graviers et dans lequel on a versé 2 litres d’eau - une seringue reliée à un tuyau (« pompe »),
  • un site d’information pour la gestion des eaux souterraines en Seine-Normandie avec un schéma et du texte concernant la recharge d’une nappe d’eau souterraine (ruissellement, infiltration, etc.),
  • un document sur des restrictions d’eau dans mon département (article de journal à rechercher selon le lieu),
  • un schéma sur une nappe qui s’écoule vers les rivières et les sources. 
Consigne de travail — Les élèves doivent expliquer :

  • les variations du niveau des nappes souterraines,
  • les éléments de différenciation - L'enseignant peut aussi décomposer les tâches à effectuer et proposer une ou plusieurs consignes différentes selon les groupes (ateliers non tournants) à l'aide du :
    • modèle (maquette) et des documents, expliquer comment le niveau d’une nappe souterraine peut augmenter,
    • modèle (maquette) et des documents, expliquer comment le niveau d’une nappe souterraine peut diminuer,
    • modèle (maquette) et des documents, expliquer comment le niveau d’une nappe souterraine peut rester le même malgré les prélèvements.

40’—Réponses attendues : 

  • lorsque les apports d'eau (la recharge) dans la nappe sont inférieurs aux prélèvements, la quantité d’eau dans la nappe diminue et elle peut s'assécher,
  • lorsque les apports d'eau dans la nappe sont supérieurs aux prélèvements, la quantité d’eau dans la nappe augmente,
  • lorsque les apports d'eau dans la nappe sont égaux aux prélèvements, la quantité d’eau dans la nappe reste constante.

10’—Le professeur montre une animation pédagogique sur le cycle de l'eau souterraine. cf. — document d'animation.

10’—Synthèse de la séance : L'école ou le collège sont alimentés en eau prélevée dans une nappe souterraine. Cette ressource en eau est épuisable si les prélèvements sont supérieurs à la recharge de la nappe.

SÉANCE 2  
Compétences disciplinaires associéesConnaissances disciplinaires associées
  • Concevoir et produire tout ou partie d’un objet technique en équipe pour traduire une solution technologique répondant à un besoin. 
  • Représentation du fonctionnement d’un objet technique.

Démarches et approches

                Simulation          Fabrication         Documentation

Mesurer le niveau de la nappe souterraine - Conception d'un objet technique

Durée : 1h30

05’—Entrée des élèves

10’—Situation déclenchante : le professeur reprend la carte interactive montrant les niveaux des nappes d’eau.

Le constat : Le niveau de la nappe d’eau souterraine varie et la nappe peut s’assécher. 

Le professeur présente le modèle utilisé lors de la séance 1 : un récipient, de type petit aquarium ou vivarium ou une bassine de hauteur de 40 cm., empli aux 3/4 de sables et graviers et dans lequel on a versé 2 litres d’eau.

Après avoir caché les parois verticales par des feuilles, le professeur pose la question : Comment connaître le niveau d’une nappe ?

Il demande aux élèves de concevoir un objet technique permettant de mesurer le niveau d’eau dans le modèle.

Ce travail se fera par équipe de 4 et sous la forme d'un défi.

Objectif recherché : L’objet technique réalisé devra permettre de mesurer la profondeur de la surface de la nappe dans un récipient de type aquarium ou terrarium (transparent pour vérification mais dont les parois verticales sont recouvertes de feuilles opaques), empli de couches de sables et graviers, et contenant de l’eau atteignant un niveau non connu des élèves (l’eau ne doit pas atteindre la surface des sables et graviers).

Ressources pour l’enseignant :

  • il existe des forages destinés à la mesure du niveau des nappes d’eaux souterraines : ils sont appelés piézomètres (définition au sens large : un piézomètre est un forage destiné à la mesure du  niveau de remplissage de la nappe; au sens strict, un piézomètre mesure la pression exercée par l’eau). cf —  document sur la piézométrie,
  • un extrait vidéo sur lepiézomètre,
  • la démarche de résolution de problème technique peut être réalisée de manière complète ou incomplète selon le temps, le matériel disponible et les choix pédagogiques. 

Premier temps : Il faut définir les contraintes et rechercher des solutions techniques (cf. feuille de bord pour réaliser un objet technique).

  • besoin : connaître le niveau de remplissage des nappes,
  • contraintes : l’eau est inaccessible (entre les grains de sable) - le sable s’écroule lorsqu’on creuse un trou (tubage nécessaire) - l’objet doit résister à l’eau,
  • fonction d’usage: mesurer le niveau d’eau (la profondeur de la surface de la nappe),
  • solutions techniques : il faut percer la roche, évacuer les débris de roches liés au forage, placer un tube rigide, le percer de trous pour que l’eau puisse y entrer, etc.

Aides que peut apporter l’enseignant : 

  • comment le niveau d’eau peut-il être mesuré au niveau d’un puits déjà creusé ? → avec une corde,
  • quelles sont les contraintes supplémentaires de mesure du niveau d’eau d’une nappe souterraine profonde par rapport à la même mesure au niveau d’un puits ? → l’eau est entre les grains de la roche,
  • quels sont les points communs, les différences avec un puits ? → il faut forer la roche, y placer un tuyau avec des trous (crépine) et empêcher que la crépine ne se bouche,

Deuxième temps : Les élèves doivent réaliser un croquis.

Troisième temps : Les élèves choisissent des matériaux adaptés, rédigent un  planning simple de fabrication et déterminent les bons procédés de fabrication.

Exemple de choix de matériaux pour le « forage» : il est souhaitable d'utiliser un tube PVC assez fin, qui résistera à l’eau (contrairement à un rouleau d’essuie-tout) et que les élèves pourront percer en classe. L’enseignant est une ressource pour les équipes, il s’adapte aux choix sans rediriger les équipes vers un seul possible. 

Il peut anticiper quelques choix d’élèves :

  • placer un tube verticalement dans le sable, le percer de nombreux trous pour que l’eau l’emplisse (mais pas le sable), marquer un trait tous les centimètres sur une corde, y attacher une masse qui flotte et la faire descendre dans le tube. Quand la corde n’est plus tendue (c’est le signal), le niveau est atteint et on mesure la profondeur de la surface de la nappe.
  • placer un tube verticalement dans le sable, le percer pour que l’eau l’emplisse (mais pas le sable), marquer un trait tous les centimètres sur un tuyau, le relier à une seringue en surface. Faire descendre le tuyau dans le tube progressivement et à chaque centimètre, tirer sur le piston de la seringue : quand elle aspire de l’eau (signal), le niveau de la nappe est atteint.

Remarque : En classe de 6ème, on peut envisager la réalisation d’un « piézomètre » avec signal sonore ou lumineux.

10’—Synthèse de la séance : À l'école comme à la maison, nous utilisons de l'eau pour répondre à nos besoins, mais nous devons surveiller le niveau des nappes et éviter le gaspillage car l’eau souterraine est une ressource épuisable.

Suite du travail en séance 3 ...

SÉANCE 3  
Compétences disciplinaires associéesConnaissances disciplinaires associées
  • Concevoir et produire tout ou partie d’un objet technique en équipe pour traduire une solution technologique répondant à un besoin.
  • Représentation du fonctionnement d’un objet technique.

Démarches et approches

                Simulation          Fabrication         Documentation

Mesurer le niveau de la nappe souterraine - Fabrication et tests

Durée : 1h00 et 4H00 (réalisation d'une maquette)

05’—Entrée des élèves

05’—Quatrième temps : Les élèves fabriquent l’objet technique permettant de mesurer le niveau de l’eau.

05’—Cinquième temps : Phase de test.

C'est la phase de validation du défi en classe entière : chaque dispositif est placé dans le modèle (aquarium opacifié ou bassine) pour mesurer le niveau d’eau avec chaque objet technique.

05’—Rangement du matériel.

20’—Sixième temps : Les élèves découvrent les étapes d’un forage et les méthodes de mesure du niveau de la nappe utilisées à partir de 2 documents vidéos :

10’—Synthèse des séances 2 et 3 : L’homme réalise des objets techniques pour permettre de répondre à des besoins. Un « piézomètre » (objet technique) permet de mesurer le niveau des nappes souterraines inaccessibles (besoin).

 

Projet pédagogique