Le cycle de l`eau. - Ecole des mines de Nantes

LA MAIN A LA PATE®
Le cycle de l’eau
Cycle 3
Le cycle de l’eau.
Le cycle de l’eau – cycle 3 - doc Ecole des Mines de Nantes
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LA MAIN A LA PATE®
Le cycle de l’eau
Cycle 3
Le cycle de l'eau.
PROGRESSION GENERALE
D’où vient l’eau ?
Séance n°1 :
Recueil des conceptions initiales des élèves à propos du cycle de l’eau.
Séance n° 2 :
L’expérience consiste à faire fondre des glaçons en relevant la température. On différencie les
éléments qui permettent d’effectuer de bonnes mesures (place du thermomètre, nombre de
glaçons, etc.). Tracé de la courbe de fusion de la glace.
Séance n°3 :
Formation du brouillard et de la pluie par condensation : observation des gouttes d’eau qui
apparaissent sur une plaque froide placée au-dessus d’un récipient rempli d’eau chaude. Notions
d’évaporation et de condensation. Bilan intermédiaire sur le cycle de l’eau.
Où va l’eau du ciel ?
Séance n° 4 :
Les élèves imaginent des expériences qui montrent comment l’eau pénètre dans le sol.
Notion de sol perméable ou imperméable.
A quoi sert-elle ?
Séance n°5 :
L’eau sert à faire pousser les plantes : germination de graines, en faisant varier différents
paramètres.
Séance n°6 :
L’eau et les hommes : la consommation de l’eau à la maison. Comment filtrer une eau naturelle
non-traitée ?
Expérience de filtrations.
On pourra se référer pour ce thème aux fiches connaissances suivantes qui se trouvent sur le site Internet
du M.E.N et dont l’adresse est http://www.eduscol.education.fr/D0027/EXSREN02.htm :
- Mélanges et solutions
- Etats de la matière et changements d’état
- Stades de la vie d'un être vivant
- Fonctions communes des êtres vivants
- Besoins des végétaux
- Divers modes de reproduction
- Évolution des êtres vivants
- De l'ordre dans le monde vivant
Le cycle de l’eau – cycle 3 - doc Ecole des Mines de Nantes
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LA MAIN A LA PATE®
Le cycle de l’eau
Cycle 3
Le cycle de l'eau.
LISTE DU MATERIEL
Pour une classe de 30 élèves (7 groupes) :
• 7 thermomètres
• 7 bacs plastique
• 21 verres plastique
• 7 plaques de verre
• éponges, essuie-tout
• 2 bacs à glaçons
• 40 bouteilles plastique (à apporter de la maison)
• terre, gravier, argile, coton, passoire (à apporter de la maison)
• charbon de bois actif
• 16 filtres à café
• graines diverses : haricot, radis, lentille, cresson, etc.
• grillage très fin
• 7 arrosoirs de plage (à apporter de la maison)
• 7 chronomètres
Le cycle de l’eau – cycle 3 - doc Ecole des Mines de Nantes
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LA MAIN A LA PATE®
Le cycle de l’eau
Cycle 3
LE CYCLE DE L’EAU
(Cycle 3)
Place dans le programme :
La matière et l’énergie (l’eau : ébullition et évaporation, congélation)
Le cycle de l’eau dans la nature.
1.
QUESTIONNEMENT INITIAL (séance 1)
Objectifs:
Recueillir les conceptions et connaissances initiales des élèves sur le thème proposé.
Vocabulaire :
Cours d’eau, égouts, glace,neige, pluie, source.
Déroulement :
On peut engager la discussion en posant quelques questions du type : d’où vient l’eau ? (de la
pluie, du robinet), où va l’eau ? (dans la terre, dans la mer, dans les égouts). A quoi sert l’eau ?
L’enseignant pourra alors noter au tableau les différentes réponses pour faire le bilan.
2.
L’EAU DU CIEL
2.1.
La pluie et la grêle (séance 2)
Objectif :
Montrer qu’il existe un lien entre la température et l’état de l’eau. Tracer un graphe. Utiliser un
instrument de mesure : le thermomètre.
Vocabulaire :
Glace, graphe, température, thermomètre.
Matériel :
Pour un groupe de 4 :
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•
3 verres en plastique
•
1 thermomètre (-10 °C « 50°C)
•
1 bac plastique
•
de la glace pilée.
Déroulement :
1ère expérience : Les élèves, par groupe,
On obtiendra un graphe du type :
relèvent la température dans les 3 verres en
Glace +
eau liquide
plastique dont ils auront choisi le contenu,
par exemple : eau, eau+glace, glace pilée ou
rien. A la fin de cette première expérience,
l’enseignant fait le bilan des observations en
0°C ≈
insistant sur la bonne utilisation d’un température
thermomètre (comment lire la température,
Glace
Eau
liquide
(en °C)
position dans le verre,...).
2ème expérience : L’enseignant demande aux élèves de prendre la température de la glace pilée
qui fond, en essayant de faire un relevé continu, et de tracer le graphe correspondant. Il pourra
donner le temps par des « tops » toutes les 2 min, par exemple.
L’enseignant pourra noter un palier autour de 0°C, tant qu’il y a de la glace et de l’eau.
Pour les 2 expériences, les élèves pourront utiliser la feuille donnée en annexe pour noter leurs
relevés de température et leurs observations.
temps (en min)
Pour aller plus loin :
En rajoutant du sel dans la glace, on peut mesurer des températures bien inférieures à 0°C. On
peut ainsi fabriquer un mini-congélateur.
2.2.
Le brouillard et les nuages (séance 3)
Objectif :
Faire le point sur l’évaporation : l’eau n’a pas disparu, elle est dans l’air sous forme de
minuscules particules. On peut la faire réapparaître : l’eau invisible se condense au contact du
froid.
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Vocabulaire :
Buée, condensation, évaporation, rosée.
Matériel :
Pour un groupe de 4 :
Pour la classe :
•
1 bac plastique
•
1 bouteille plastique d’eau congelée
•
1 plaque de verre
•
1 bac rempli d’eau chaude
•
de l’eau chaude.
•
des élastiques.
Déroulement :
On souhaite observer ce qui se passe sur plaque de verre froide placée au-dessus d’un bac
plastique rempli d’eau chaude.
Plaque de verre froide
Buée
Eau très chaude
L’enseignant demande aux élèves de prévoir ce qui va se passer puis ils expérimentent et
dessinent leurs expériences.
On pourra faire observer entre autre la condensation de la vapeur d’eau sur la plaque de verre et
relier les observations avec l’apparition de la buée sur les vitres de la classe quand l’air ambiant
est humide.
Une deuxième expérience peut être montée en parallèle, par l’enseignant dans la classe :
glace
°
°
°
°
°
°
°
°
bouteille d’eau congelée
suspendue au dessus d’un
récipient rempli d’eau
Eau très chaude
De la condensation se forme sur la bouteille, puis des gouttes d’eau tombent (comme la pluie).
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Pour aller plus loin :
Lien avec la maison : le sèche linge, les flaques d’eau qui disparaissent, les cheveux qui sèchent.
Expliquer le phénomène de rosée le matin, le rôle des océans dans l’évaporation de l’eau,
comme le montre le dessin page 12.
3.
QUE DEVIENT L’EAU DU CIEL ?
3.1.
Elle ruisselle (séance 4), puis :
pénètre dans le sol.
est stockée (lacs, mer).
s’évapore.
Objectifs :
Expérimenter la pénétration de l’eau dans différents types de sols.
Classer ces différents types de sols en fonction de leur perméabilité.
Vocabulaire :
Filtre, nappe phréatique, pénétration dans le sol, perméabilité.
Matériel :
Pour un groupe de 4 :
• 4 bouteilles en plastique coupées en deux
• 1 petit arrosoir de plage
• terre, argile, gravier, sable
eau versée avec
l’arrosoir
• 1 chronomètre
• 4 grands filtres à café.
Déroulement :
On demande aux élèves d’imaginer des
expériences qui montrent comment l’eau
pénètre dans le sol. Chaque groupe met en
sable ou terre ou
gravier ou
argile...déposé dans
filtre à café
bouteille
coupée en
deux
place des expériences à partir du matériel
Le cycle de l’eau – cycle 3 - doc Ecole des Mines de Nantes
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reçu.
On peut discuter ensemble des solutions proposées. On veillera à ce que les élèves se posent la
question de la répartition des tâches et du travail en équipe.
En effet, il faudra simultanément verser l’eau au-dessus du dispositif et déclencher le
chronomètre qui mesure le temps de passage de l’eau à travers les différents sols. Il faudra
ensuite repérer l’instant où la première goutte d’eau est passée à travers « le filtre » pour arrêter
le chronomètre.
Pour que la comparaison soit pertinente, il est indispensable de mettre à chaque fois la même
hauteur de « sol » et de verser le même volume d’eau.
Les élèves pourront également observer l’aspect de l’eau « filtrée » (substances dissoutes qui
sont utiles pour la nutrition des plantes – lien avec la séance suivante).
Les résultats sont ensuite mis en commun. On fait les conclusions qui s’imposent quant aux
propriétés des différents sols. On introduira les mots « perméables », « imperméables ».
Pour aller plus loin :
On peut parler des nappes phréatiques dans le sous-sol, de la pollution de l’eau.
3.2.
L’eau de pluie est consommée.
3.2.1 L’eau sert à faire pousser les plantes ; germination de graines (séance 5).
Objectif :
Montrer que l’eau est consommée par les végétaux et est vitale pour leur développement.
Vocabulaire :
Croissance, germination, plante, végétal.
Matériel :
Pour un groupe de 4 :
•
6 fonds de bouteille en plastique
•
du coton
•
de la terre
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•
graines diverses (haricots, cressons, radis, lentilles etc...)
Déroulement :
On demande aux élèves de mettre en évidence quels éléments interviennent dans la germination
d’une graine et en particulier l’élément eau. Chaque groupe a donc pour consigne de mettre en
place son expérience en précisant les paramètres qu’il retient : fréquence de l’arrosage, type de la
graine, quantité d’eau versée, support utilisé (terre ou coton), etc...
L’intérêt est d’insister sur le fait que l’on doit tester les paramètres séparément. Dans le cas
contraire, aucune conclusion n’est possible. Dans chaque expérience, on veillera donc à ce que
les élèves comprennent qu’il ne faut changer qu’une seule caractéristique à la fois (fréquence de
l’arrosage, nature de la graine, quantité d’eau versée, sols) par rapport à une expérience témoin.
Les observations seront faites sur plusieurs jours en organisant un roulement pour les arrosages
et le relevé des observations.
Pour aller plus loin :
On peut proposer pour chaque groupe, une expérience supplémentaire avec un œillet blanc dont
la tige est plongée dans de l’eau colorée. Au bout de quelques heures les pétales de l’œillet se
colorent.
Etudier l’influence des précipitations, dans la région, sur la nature durant l’année.
Les plantes de la maison ont-elles besoin de beaucoup d’eau ?
3.2.2 L’eau est consommée par l’homme, mais comment avoir une eau propre ?
(séance 6)
Objectif :
Mettre en évidence que l’eau est aussi vitale pour l’homme. Faire apparaître que l’eau
consommée a subi une filtration naturelle ou artificielle.
Vocabulaire :
Eau potable, eau limpide, filtre
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Matériel :
Pour un groupe de 4 :
•
1 bouteille en plastique
•
du charbon de bois actif
•
du sable (lavé), graviers, coton
•
des filtres divers (passoires, à café, chiffon…)
Déroulement :
On pourra, au préalable, demander aux élèves de faire une enquête chez eux : où et comment
consomme-t-on de l’eau à la maison ? D’où vient-elle ?
Là encore, une mise en commun au tableau permet de faire un bilan intermédiaire.
Ayant, avant la séance, récupéré de l’eau naturelle non traitée (par exemple dans une rivière,
dans la mer, dans une flaque d’eau...), on propose aux élèves de boire cette eau : réaction des
élèves qui s’opposent à cette proposition. C’est l’occasion de leur demander d’imaginer une
expérience pour rendre plus propre cette eau. La séance peut alors se faire en 2 temps :
1er temps : chaque groupe met en place l’expérience qu’il a imaginée et l’enseignant fait ensuite
la synthèse des expériences en comparant les résultats obtenus avec l’eau de départ.
Certains vont proposer la décantation, d’autres vont filtrer avec des grillages, des filtres à café...
Les élèves obtiennent en général une eau plus claire, mais pas encore limpide. Il faudrait faire
évaporer l’eau et la recondenser pour obtenir un résultat plus probant, mais elle ne serait pas
encore potable !
2ème temps : l’enseignant propose à la classe un
Eau à filtrer
modèle plus élaboré pour filtrer l’eau et qui
représente grossièrement ce qui se passe dans un
sol :
L’eau filtrée apparaît plus limpide mais il faut
préciser aux élèves qu’elle n’est pas encore
Charbon
actif
Gravier
Sable
Coton
potable car elle contient par exemple des
organismes
vivants
microscopiques
(des
bactéries, etc.) qui la rendent impropre à la
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bouteille
coupée en
deux.
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consommation.
Pour
la
boire,
il
faudrait
envisager un traitement chimique adapté.
La couche charbon sert principalement à « piéger » les odeurs, celle de gravier à retenir les
grosses particules, celle de sable à retenir les particules moyennes et enfin celle de coton les
particules fines.
Pour aller plus loin :
On peut visiter une station de traitement des eaux, et faire également le cycle industriel de l’eau :
du robinet au robinet en passant par la station…
Pour conclure sur le cycle de l’eau, on peut envisager la réalisation d’un schéma qui représente
le cycle de l’eau.
Vent
Nuage
Pluie
Infiltration
neige
Glacier
EvaporationTranspiration
Evaporation
Mer
Fleuve
Station d’épuration
Source
torrent
Rivière
Usine de traitement d’eau
Ecoulement
Nappe d’eau
souterraine
Station
de
pompage
Source Internet : http://www.eau-rhin-meuse.fr/patrimoine/cyclo08.htm
_______________________________________________
Château
d’eau
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LA MAIN A LA PATE®
Le cycle de l’eau
Cycle 3
Annexe
L’eau du ciel : la pluie, la grêle
1ère expérience :
{
|
}
Contenu du verre :
Contenu du verre :
Contenu du verre :
..................................................................
..............................................................
..............................................................
Température (en °C) :
Température (en °C) :
Température (en °C) :
T=...............°C
T=...............°C
T=...............°C
--------------------------------------------------------------------------- 2ème expérience :
Je mesure la température de la glace :
Température
en °C
Temps
en minute
Température
en °C
Temps
en minute
Température
en °C
Temps
en minute
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