L'origine et les utilisations de l'eau du robinet

05’—Entrée des élèves

10’—Situation déclenchante : On considère que le collège est un système, c'est à dire une boite dans laquelle des éléments* entrent et de laquelle des éléments sortent.

Le professeur demande aux élèves de placer des flèches entrant dans la boite sur le schéma. Ce travail se fait individuellement. Le professeur met en commun les propositions des élèves au tableau. —cf. document.

10’—Afin d'introduire la problématique, le professeur diffuse une vidéo extraite d'un journal télévisé diffusé le 8 mars 2017 sur France 2. cf. extrait vidéo. 

Mise en place du débat : Consommons-nous trop d’eau à l’école ?

10’—Premier temps : Il faut identifier les usages de l’eau à l'école. A la question « Quels sont les usages de l’eau à l'école ? », les élèves, par deux, doivent réaliser une carte mentale sur les utilisations de l'eau à l'école ou au collège. Ce travail peut se faire différemment selon l'équipement :

• sur poste informatique : avec l'application Framindmap® en ligne ICI**,
• ou au tableau.

60’—Deuxième temps : Il faut quantifier les utilisations de l'eau à l'école. Quel besoin en eau nécessite l'utilisation du plus grand volume d'eau ?

Dans cette partie, des compétences du programme de mathématiques sont travaillées :

• choisir des stratégies de calcul à l'oral et à l'écrit,
• utiliser le lexique, les unités, les instruments de mesures spécifiques de ces grandeurs,
• relier les unités de volume et de contenance,
• utiliser les unités usuelles de contenance (multiples et sous multiples du litre). Unités usuelles de volume (cm³, dm³, m³), relations entre les unités.

Le professeur distribue un tableau présentant les volumes d'eau consommés par chaque poste (nettoyage, arrosage, restauration, etc.), en laissant vides les cases que les élèves devront compléter après mesure, estimation et calcul sur les postes « lavage des mains » et « boisson » : Les élèves doivent compléter le tableau (estimations des quantités d'eau consommées dans un collège de 330 élèves) : 

Remarque :  1 dm³ est le volume de liquide contenu dans un récipient plein ayant une contenance d’1 litre.

Les élèves sont répartis par groupes de 3. Les consignes données sont différentes selon les groupes :

• déterminer le volume d'eau utilisé pour le lavage de mains : compléter le tableau avec les résultats,
• déterminer le volume d'eau utilisé comme boisson : compléter le tableau avec les résultats.

Chaque groupe, selon une démarche qui lui est propre, cherche à identifier les volumes d'eau et complète un tableau :

• en manipulant, en mesurant les volumes (ou éventuellement pesant) à l'aide de verres mesureurs, bassines, éprouvettes,
• puis en estimant le nombre de lavages de mains ou verres bus par jour, à la semaine et à l'année scolaire par l’ensemble des individus de l’établissement.

Certains groupes vont choisir des éprouvettes graduées ou des verres mesureurs pour mesurer le volume d’eau, d’autres peuvent choisir de peser en utilisant une balance.

Le professeur peut expliciter le choix de la balance en classe entière : la matière (ici l’eau) a une masse (la masse d’un dm3 d’eau est 1 kg). Il faut toutefois préciser qu’un dm3 d’huile n’a pas la même masse.

Mutualisation du travail : Une estimation quantitative de la consommation d'eau sur les 2 postes est faite : lavage des mains ou boisson ? plus ou moins ?

Les élèves concluent : le poste qui consomme le plus d’eau à l’école est … … … .

10’—Le professeur présente la facture d’eau de l'école ou du collège (restauration comprise) aux élèves : Il leur demande de comparer leur estimation avec la consommation réelle, en leurs demandant s'ils ont surestimés ou sous-estimés celle-ci.

Les factures d’eaux sont exprimées en m3. Le professeur doit préciser qu’un mètre cube (unité utilisée sur la facture) équivaut à 1000 dm3.

10’—Suite à la question « À quoi correspondent ces quantités d'eau consommées ? … dm3, c'est beaucoup ? », les élèves cherchent à se représenter la quantité d'eau consommée à l'école

Évaluation formative de la compétence mathématique « Relier les unités de volume et de contenance » : les élèves vont classer les vignettes du volume d’eau le plus faible au volume d’eau le plus élevé (piscine olympique, consommation d’eau de l’école par an, consommation d’eau moyenne d’une famille, volume d’eau correspondant à celui de la salle de classe) :

Contenance d'une piscine olympique 3000 m3

Volume d'eau consommé par une famille de 4 personnes par an 150 m3

Volume d'eau présent dans notre salle de classe remplie d'eau ……… dm3

Volume d'eau consommé à l'école pendant un an (d'après la facture) ……… m3

10’—Synthèse de la séance : Nous utilisons de l'eau à l'école pour répondre à nos besoins (hygiène, hydratation). Nous avons mesuré (directement à l’aide d’éprouvettes graduées ou de verres mesureurs, indirectement à l’aide de balances) et estimé les volumes d’eau utilisés à l’école. Chaque année, l'équivalent de … … … est utilisé à l'école et au collège.

* matière et énergie.

** son utilisation peut nécessiter une démonstration préalable — Exemple de production de carte mentale (utilisation de l'eau à l'école / au collège)

05’—Entrée des élèves

10’—Situation déclenchante : Le professeur reprend le schéma « le système collège », et affiche la vignette de l’équivalent en volume d’eau consommé en une année à l’école ou au collège.

Problématique : Doit-on faire attention à ne pas gaspiller d'eau ? Quelle est l’origine de l’eau alimentant l’école ou le collège ?

30’—Consigne 1 : Les élèves doivent réaliser une affiche présentant leurs idées sur l’origine de l’eau alimentant l’établissement scolaire. Ce travail se fait par groupes de 3 à 6 élèves selon les effectifs.

Premier temps : Mise en place d'un débat, réalisation de l’affiche.

Evaluation formatrice : les élèves définissent les indicateurs d’un tableau « J’ai réussi l’affiche si … » et évaluent leur production.

Deuxième temps : Mutualisation du travail — présentations des affiches — Évaluation formatrice de l'affiche (exemple de travaux d'élèves).

Le temps de parole de chaque élève étant court, il est possible de se limiter à l’évaluation de « oser

prendre la parole à l’oral ». Après la présentation de chaque groupe, chaque hypothèse sur l’origine de l’eau est écrite au tableau et figurera dans la trace écrite des élèves.

Hypothèses possibles : l'eau du robinet provient, 

• des nappes phréatiques et des nappes souterraines,
• provient des égouts et est filtrée,
• de la mer, par des tuyaux souterrains et est filtrée,
• de la mer, par les nuages,
• des châteaux d’eau, qui ont une forme adaptée pour récupérer l’eau de pluie.

30’—Consigne 2 : Les élèves doivent rechercher dans les documents et sur le site internet « Services eaufrance® » pour répondre — « l'eau du robinet a pour origine … … … ».

À partir de leurs recherches, les élèves doivent écrire en bleu l’hypothèse qui est validée et en noir celles qui sont invalidées. S’il reste un peu de temps, ils peuvent rechercher l'origine de l'eau du robinet d’une autre commune.

En binôme, les élèves travaillent sur les documents (en lien avec les hypothèses pressenties) :

• vidéo, texte et / ou schéma « un château d'eau » : à titre d'exemple, le professeur peut proposer un document composé de quelques photos, montrant qu’ils ne sont pas tous en entonnoir et qu'ils ne servent pas à récupérer l’eau de pluie.

• vidéo, texte ou schéma « une station d'épuration », à titre d'exemple, le professeur peut proposer un exemple d'illustration des eaux usées rejetées dans le milieu naturel ou/et une animation sur le site Véolia® sur le circuit des eaux usées en Champagne.

• vidéo, texte ou schéma « une usine de dessalement de l’eau de mer », carte de répartition des usines de dessalement d'eau de mer dans le monde « la désalinisation dans le monde »,
• vidéo « un forage dans le sous-sol »,
• autres documents selon les hypothèses formulées,
• ordinateurs avec accès à internet (1 ou pour 2 élèves ou à défaut 1 pour la classe) : site « service eaux France — rechercher sa commune > eau potable avec un mot indice « forage »,
• dictionnaires.

Le professeur peut apporter son aide selon les difficultés rencontrées dans les groupes pour la recherche sur le site « Services eaufrance® » :

• chemin d’accès à la page « eau potable de la commune »,
• un mot indice est présent sur cette page, quel est ce mot ? (« forage » ou « champ captant »),
• conseiller l’usage du dictionnaire. (définition de « forage »).

Note pour l’enseignant : il y a deux possibilités selon la localisation de la commune :

• prélèvement dans une nappe (66% du volume des réseaux d'eau potable),
• prélèvement d'eau de rivière → usine de traitement des eaux.

15’—Synthèse de la séance : L’eau du robinet provient d’une nappe d’eau souterraine. En France, 66% de l’eau du robinet provient des nappes souterraines et 34 % des rivières ou des lacs.

05’—Entrée des élèves

10’—Situation déclenchante : Le professeur repart sur les affiches réalisées à la séance 2 (représentations initiales) représentant de l’eau souterraine.

Problématique : Comment s’organise le sous-sol au niveau d’une nappe d’eau souterraine ?

Ressources possibles pour l’enseignant :

• fiche pédagogique n° 8 du dossier « Apprenons l'eau », réalisée par les agences de l'eau.
• les eaux souterraines en région Centre. — cf. document vidéo.
• Hydrogéologie du Bassin aquitain - Tout capter aux nappes d’eau souterraine en Aquitaine. — cf. document vidéo du site YouTube®.
• La nappe de Beauce. — cf. document vidéo.
• Les aquifères karstiques. — cf. document vidéo.

240’—Réalisation d'une maquette : Réaliser une maquette présentant une nappe d’eau souterraine. Cette fabrication se fait sur 2 séances de 2H.

Les élèves doivent représenter sur une maquette l'organisation du sous-sol au niveau d'une nappe d'eau souterraine (libre - captive) présente dans une roche réservoir (poreuse - fissurée - karstique. — cf. document. Le travail s'effectue en ateliers non tournants  (5 groupes de 3 à 6 élèves).

25’—Premier temps : sélection d’informations dans le texte descriptif des nappes souterraines.— cf document. et recherche des définitions de certains mots dans le dictionnaire. Le professeur peut envisager de supprimer les notions de nappes « captives » et « fissurées » des consignes et des textes descriptifs.

Deuxième temps : Un échange est organisé au sein de chaque groupe : réalisation d’un schéma de la maquette et de la liste du matériel souhaité. — exemple de modèle fiche pour préparer la maquette :

• entre les particules (grains) dans le cas des roches poreuses telles le calcaire et le sable,
• et dans les fissures et cavités dans le cas des roches réservoirs fissurées et karstiques.

Troisième temps : Le professeur apporte des aides et des ressources à chaque groupe selon ses besoins :

• Aide à la sélection d’informations dans un texte :
  • distribution de textes simplifiés (voir document 3 en annexe)
  • souligner en rouge dans le texte les informations communes à tous les types de nappes souterraines.
  • souligner en vert dans le texte les informations particulières au type de nappe étudié par le groupe.
• Aide à la compréhension du vocabulaire :
  • démonstrations, manipulations, explications (roches poreuses et non poreuses, perméables et imperméables, dissolution, — cf. document sur les roches.
  • Document proposé par le site « Planet-Terre ENS Lyon » : paysage karstique. — cf. exemple de bloc diagramme.

Chaque groupe peut modifier son schéma :

• l’eau est au sein des roches (entre les particules dans le cas des roches poreuses telles le calcaire et le sable,
• et dans les fissures et cavités dans le cas des roches réservoirs fissurées et karstiques.

Remarque : Les différents types de nappes (captives, libres) et de roches réservoirs (poreuses, fissurées et karstiques) ne sont pas à connaitre en cycle 3, leur étude est prétexte à motiver les élèves par le travail en ateliers non tournants et la présentation de chaque maquette aux autres groupes.

Quatrième temps : C'est la phase de réalisation de la maquette (modèle analogique). Dans des bocaux en verre (type pots de confiture) ou des bouteilles plastiques coupées (bouteilles lisses), chaque groupe réalise sa maquette. Il photographie sa maquette. Cette photographie sera légendée lors de la prochaine séance. — cf. document 4.

Pendant et après la réalisation, l’enseignant vérifie avec les élèves de chaque groupe :

• la présence d’une couche imperméable sous la roche réservoir (cette couche peut être le fond du récipient) : c’est la condition pour que l’eau ne s’écoule pas vers les profondeurs.
• la présence d’eau au sein d’une couche de roches (roche réservoir) : dans des pores, fissures ou cavités selon les groupes : il n’y a pas de couche d’eau dans le sous-sol.
• la consigne (sans faire modifier la maquette): la nappe est libre si les couches de roches situées au dessus de la roche réservoir sont perméables à l’eau — la nappes est captive si les couches de roches situées au dessus de la nappe sont imperméables.

10’—Évaluation formative : Les élèves complètent le tableau « J’ai réussi ma maquette si … ».

J'ai réussi la maquette si:
J'ai compris le texte : • il n'y a pas de couche d'eau • l'eau est présente à l'intérieur d'une couche de roche 'entre les grains ou dans les fissures ou cavités • il y a une couche imperméable sous la nappe qui « retient » l'eau
J'ai réalisé : • j'ai choisi le matériel adapté • j'ai manipulé dans le calme, en respectant les règles • j'ai rangé et nettoyé le matériel
j'ai raisonné :  • j'ai identifié une ou plusieurs différences entre la maquette et la réalité

10’—Rangement du matériel.

05’—Entrée des élèves

10’—Situation de départ : La maquette de la nappe souterraine est réalisée et une photographie a été faite. Chaque groupe va communiquer sur sa réalisation : 

• à l’écrit avec la photographie légendée,
• puis à l’oral avec la présentation à l'ensemble de la classe.

60’—Premier temps : Les élèves doivent légender et donner un titre à la photographie de la maquette ou réaliser un schéma légendé de la maquette (au choix). La durée varie entre 10 minutes à 1h selon la production choisie par les élèves.

Travail par groupes de 2 et selon la disponibilité de postes informatiques, la photographie peut être :

• imprimée par l’enseignant entre les séances 5 et 6,
• légendée sur un logiciel de traitement d’image,
• intégrée dans un traitement de texte.

Il peut être intéressant de mutualiser les productions sur un « mur collaboratif » comme sur l’application padlet®, qui peut être créé par un groupe d’élèves ayant terminé plus tôt.

Deuxième temps : Chaque groupe présente son modèle de maquette. Un fois les présentations faites, la classe doit identifier les caractéristiques communes aux différents types de nappes (eau dans la roche, présence de couches perméables et imperméables dans le sous-sol).

35’—Synthèse des séances 2 et 3 : Comparaison des maquettes avec les affiches présentant les représentations initiales. Il n’y a pas de « couche d’eau » dans le sous-sol. L’eau souterraine est présente au sein des roches : entre les grains, dans les fissures ou plus rarement dans des cavités lorsque la roche a été dissoute par l’eau (schéma : l’eau dans le sous-sol est présente à l’intérieur des roches. — cf. photographie bilan et extrait vidéo sur les eaux souterraines en région Centre).

Dans notre commune, l'eau souterraine est présente dans une roche réservoir poreuse* / fissurée* / qui contient des cavités*.

*3 possibilités selon la localisation de la commune.

10’—Bilan de fin de séquence : Test de raisonnement (l'usage du dictionnaire peut-être autorisé)  - La réponse a. est la seule organisation possible ici. cf. test document élèves.