Activité à réaliser sur le thème du cycle de l'eau

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Activité à réaliser sur le thème du cycle de l'eau

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Introduction

Le respect de l’environnent et le développement durable reposent sur la prise de conscience des populations. Il est donc important de commencer une sensibilisation dès le plus jeune âge et d’apprendre aux enfants à mieux connaître leur environnement pour mieux le respecter.
Cependant, cette prise de conscience est relativement tardive. En effet, alors que les problèmes de pollution augmentent significativement pendant la révolution industrielle puis au début des années 1960, l’enseignement de la notion de « développement durable » n’apparaît qu’au début des années 2000.
L’introduction des sciences dans les programmes de l’école primaire en France se fait dès 1870. La loi du 28 mars 1882 définit cet enseignement. Celui-ci comprend l’enseignement : « des sciences naturelles, physiques et mathématiques, leur application à l’agriculture, à l’hygiène, aux arts industriels, aux travaux manuels et aux usages des outils des principaux métiers ». Cet apprentissage connaît un nouvel essor en 1902, pour la première fois, les sciences commencent à être enseignées à l’aide d’expériences réalisées par les élèves et /ou les enseignants. Mais ces « travaux pratiques » ne sont pas toujours expérimentaux, il s’agit souvent de textes qui décrivent une expérience. L’enseignement a connu très peu de réforme et s’est avéré obsolète au début des années 70. Ainsi, le ministère de l’éducation nationale a instauré un tiers-temps à l’école élémentaire visant à enseigner les sciences comme « discipline d’éveil ». Ces réformes sont décrites dans l’arrêté du 7 août 1969. Celles-ci comprennent l’éducation à l’environnement, mais cet enseignement est souvent négligé voir inexistant dans les écoles primaires. Plus tard, en 1996 à été lancé l’opération « la main à la pâte » à l’initiative du professeur Georges Charpark. « Elle vise à promouvoir au sein de l’école primaire une démarche d’investigation scientifique. »
L’éducation à l’environnement pour un développement durable n’est introduite qu’en 2004 après une année d’expérimentation.

Dans ce but, après avoir pris connaissance des programmes scolaires, nous avons réfléchi à des séances pédagogiques à effectuer avec des élèves de classes primaires. La première partie traite de la place de l’environnement dans les programmes et des différents projets de formation que nous avons eu. Nous avons ensuite développé notre projet final, composé de deux séances, avec les objectifs, le déroulement et les résultats.

I. L’environnement à l’école

L’Education nationale souhaite développer l’éducation à l’environnement dans les écoles. C’est dans cet objectif qu’elle a décidé de remplacer la directive du 29 août 1977 (n° 77-300).

1.1. La place de l’environnement dans le programme

La circulaire du 8 juillet 2004 (n°2004-110), qui entre en vigueur dès la rentrée 2004, vise à donner une nouvelle dimension dans la façon d’aborder l’environnement à l’école. En effet, la directive précédente ne s’est appliquée que ponctuellement et sans cohérence. De plus, dans cette nouvelle réforme, l’Education nationale à choisi de s’axer sur le thème du développement durable (EEDD : Education à l’Environnement pour un Développement Durable). Il faut noter que la circulaire s’appuie sur les résultats d’expérimentation faite dans 84 établissements pendant l’année 2003-2004.
L’EEDD se place dans le regroupement des sciences expérimentales et technologiques (annexe1). Ce groupement, auquel on consacre deux heures trente à trois heures par semaine (figure 1), se compose de plusieurs thèmes :
-  La matière
-  Unité et diversité du monde vivant
-  Le corps humain et l’éducation à la santé
-  L’énergie
-  Le ciel et la Terre
-  Monde construit par l’homme
-  Education à l’environnement
o Approche écologique à partir de l’environnement proche : rôle et place des êtres vivants
o Notions de chaînes et de réseaux alimentaires
o Adaptation des êtres vivants aux conditions du milieu
o La qualité de l’eau
o Le trajet et les transformations de l’eau dans la nature
Cependant, l’EEDD ne se limite pas à un champs disciplinaire elle est transdisciplinaire et peut être abordée dans toutes les unités, comme par exemple l’éducation civique (l’apprentissage de la citoyenneté par le tri des déchets…). Simultanément, elle permet le réinvestissement et l’amélioration des compétences acquises dans le domaine de l’expression orale et écrite et dans la représentation (schéma, graphique).

1.2. Mise en place et objectifs de l’EEDD

D’après la circulaire du 8 juillet 2004, « l’environnement pour un développement durable doit reposer sur des démarches pédagogiques diversifiées privilégiant des situations concrètes qui développeront chez les élèves la sensibilité, l’initiative, la créativité, le sens des responsabilités et de l’action. » C’est à dire que cet enseignement s’appuie sur des expériences, des sorties qui permettent aux enfants d’avoir une représentation objective de l’environnement et des sciences en général. Elles permettent de stimuler le questionnement et le raisonnement. Après chaque expérience, le professeur des écoles se doit de faire une mise au point avec les écoliers. Il peut faire appel à des intervenants extérieurs pour approfondir l’enseignement.
L’EEDD est un enseignement qui doit se faire sur le long terme, et qui se poursuit au collège et au lycée afin d’obtenir une réelle sensibilisation.

1.3. le projet :le cycle de l’eau

Nous voulions réaliser ce projet sur deux séances, la première étant consacrée à la compréhension des différents états de l’eau (solide, liquide et gazeux) et aux différents passages de l’un à l’autre (solidification, liquéfaction, évaporation, condensation). Cette séance s’appuyait sur plusieurs expériences (figure2) :
- la fonte d’un glaçon (liquéfaction)
- l’eau fondue récupérée puis chauffée (évaporation)
- l’installation d’un couvercle froid au dessus de la vapeur d’eau formée (condensation)
- les gouttes formées sur le couvercle sont alors récupérées dans un verre que nous plaçons au congélateur (solidification)
Pour permettre la transposition avec l’environnement, nous voulions chauffer l’eau avec une lampe plutôt qu’avec une plaque chauffante pour simuler l ‘action du soleil. Cette idée fut rejetée pour des difficultés techniques. Dans la deuxième séance, nous voulions réaliser les mêmes expériences mais en ajoutant dans l’eau de départ un colorant qui aurait représenté un polluant, pour montrer l’impact de la pollution tout au long du cycle.

Sur les conseils d’une institutrice nous avons gardé le thème de l’eau mais en limitant nos objectifs d’apprentissage par les élèves aux termes évaporation et condensation dans la première séance. Dans la seconde, l’objectif est la compréhension du phénomène de l’infiltration de l’eau dans le sol. Nous avons abandonné l’idée d ‘introduire la notion de polluant sur des expériences car il est apparu préférable de consolider les connaissances de base pour que cette notion soit abordée éventuellement plus tard au cours de l’année. Ce projet peut être classé à l’intérieur de différents champs disciplinaires du programme des sciences expérimentales :
- la matière avec l’étude des différents états de l’eau et ses changements
- l’éducation à l’environnement par l’apprentissage des trajets et des transformations de l’eau dans la nature
- le ciel et la terre avec l’intervention du soleil sur le cycle de l’eau

1.4. Nos objectifs

Nous voulons amener les enfants à :
- utiliser des instruments de mesures (thermomètre, chronomètre, règle…)
- savoir travailler en petit groupe et donner des réponses collectives : apprendre à partager les différentes tâches des manipulations et s’écouter mutuellement pour l’élaboration de réponses collectives
- se questionner, s’interroger sur l’expérimentation réalisée afin de développer leur esprit scientifique. Dans toutes nos séquences, nous leurs poserons des questions avant, pendant et après chaque expérience afin de faire évoluer leur raisonnement
- réaliser des schémas légendés à partir des expériences observées
- comprendre le cycle de l’eau :
* la conservation de la matière dans les différents changements d’états de l’eau, plus particulièrement lors de l’évaporation et de la condensation
* le ruissellement de l’eau en parallèle avec son infiltration dans le sol, en définissant les termes perméable/imperméable et nappes phréatiques
-mettre en relation les expériences réalisées en classe avec l’environnement : * l’évaporation de l’eau dans la casserole peut être assimilée à l’évaporation des océans en remplaçant la plaque chauffante par le soleil, la vapeur d’eau correspond aux nuages tandis que la condensation de l’eau sur le couvercle montre la formation des précipitations.
* les expériences sur l’infiltration de l’eau à travers différentes terres réalisées dans des bouteilles pourront être transposées à l’environnement qui nous entoure à une plus grande échelle.

II. Première séance : Evaporation et condensation

L’objectif de cette séance est d’apprendre aux élèves le changement d’état de l’eau : le passage de l’état liquide à l’état gazeux (évaporation) puis de l’état gazeux à liquide (condensation), et de le mettre, ensuite, en relation avec l’environnement.

2.1. Evolution et mise en place de la séance

Au début, nous avons eu l’idée d’aborder le sujet de l’évaporation et de la condensation grâce à l’expérience facile qu’il permettait de réaliser : chauffage de l’eau jusqu’à la formation de vapeur au dessus de laquelle on place un couvercle où des gouttelettes se forment. Par la suite, l’institutrice nous a proposé, au cours de notre premier entretien avec elle, de faire observer le phénomène de l’évaporation grâce à deux verres, un placé dans la classe et un à l’extérieur, où les enfants pourraient mesurer tous les jours le niveau d’eau. Nous nous sommes donc basées sur ces expériences et avons développé autour une séance complète à mettre en œuvre avec les enfants.
Dans la séance, nous voulions partir des expériences, et que les enfants en tirent toutes les conclusions grâce à nos questions et notre aide. Puis, nous voulions aborder à la fin la notion de cycle de l’eau. Finalement, après certains conseils, nous avons commencé par bien définir ce dont on était venu leur parler, c’est à dire le cycle de l’eau, pour mieux leur expliquer comment ce cycle fonctionne. Nous avons donc revu notre séance afin qu’elle soit plus compréhensible pour les enfants.

2.2. Réalisation dans la classe
Prévu pour une classe de 11 enfants
Niveau CE1, CE2 CM1 CM2
Durée 1heure
Matériels :
- casserole
- couvercle
- plaque chauffante
- 15 feuilles d’exercices (annexe 1)
- 15 feuilles du cycle de l’eau (annexe 2)

2.2.1. Présentation

Nous expliquons aux enfants ce qu’est le cycle de l’eau : l’eau autour de nous, dans notre environnement et sous toutes ses formes. Nous leur demandons où se trouve l’eau sur la planète. Nous dessinons au tableau le cycle de l’eau. Nous expliquons aux enfants que pour cette fois, nous ne verrons qu’une partie du cycle, celle des nuages et de la pluie.

2.2.2. Expériences

Expériences préliminaires :
Les enfants ont mesurent le niveau d’eau de deux verres (un dans la classe, l’autre à l’extérieur) pendant une semaine et notent les résultats dans un tableau. Nous leur demandons de nous décrire ce qu’ils ont fait ainsi que les résultats qu’ils ont obtenus. Nous les interrogeons ensuite sur ce qu’ils pensent des résultats :
Pourquoi le niveau d’eau a-t-il baissé ?
Pourquoi y a-t-il moins d’eau dans le verre qui est à l’intérieur de la classe que dans celui qui est dehors ?
Où est passée l’eau ?

Nous proposons alors aux enfants de visualiser ce qui s’est passé, en accélérant le processus naturel. Pour cela, on fait bouillir de l’eau. On observe la formation de fumée, la vapeur d’eau. On définit alors le mot clé évaporation. Puis, on place une assiette froide au dessus de la casserole : la vapeur d’eau se condense et forme des gouttelettes sur le couvercle. On parle de condensation.
Sur une feuille (annexe 1), les élèves schématisent l’expérience, partagée en trois étapes (mise en place, l’évaporation, la condensation) et placent les légendes que nous avons notées au tableau (casserole, plaque chauffante, vapeur, gouttelettes…).Il faut penser à expliquer la notion de schéma, en effet certain enfants peuvent dessiner la casserole vue de dessus alors qu’un dessin vue de face est plus pertinent. Quand les élèves ont eu fini de dessiner, nous leur avons demandé s’ils pouvaient nous donner une définition des mots clés évaporation et condensation, mots que nous avons appris pendant l’expérience. Après cela, nous leur donnons deux phrases récapitulatives :
- L’eau liquide se transforme en vapeur d’eau grâce à la chaleur : c’est l’évaporation.
- La vapeur d’eau forme des gouttelettes d’eau liquide grâce au froid : c’est la condensation.
Les enfants notent ces phrases sur leur feuille, au dessous de la partie de l’expérience appropriée. Nous contrôlons leur fiche récapitulative pour vérifier la bonne orthographe des mots.

2.2.3. Application à l’environnement

On explique aux élèves que les phénomènes que nous avons observés ont lieu autour de nous tous les jours et appartiennent au cycle de l’eau. Le soleil chauffe les eaux superficielles (océans, rivières…) qui s’évaporent pour former les nuages. Les nuages s’élèvent dans l’atmosphère qui est de plus en plus froide avec l’altitude. Ils se refroidissent, l’eau se condense et retombe au sol sous forme de pluie.
On donne un polycopié représentant le cycle de l’eau (annexe 2). Les enfants doivent le compléter avec les notions que nous avons vu (évaporation, condensation mais aussi précipitations) et faire les flèches du cycle de l’eau. Nous les aidons à remplir en leur rappelant ce qu’ils ont vu pendant l’expérience et ce qu’ils voient tous les jours (Dans quel sens va la pluie ?).
Quand ils ont finit de compléter, on demande aux enfants de colorier le polycopié du cycle pour la séance suivante afin qu’ils se l’approprient.

III. Deuxième séance : l ’infiltration

Durée : 1heure
Matériel
15 bouteilles
15 filtres
Différentes terres
15 pots de yaourt

3.1. Présentation de la séance

Nous commençons la deuxième séance en faisant un résumé de la précédente. On interroge les élèves sur ce qu’ils ont appris ; on attend d’eux le vocabulaire précis. On regarde également s’ils ont colorié le schéma.

Notre objectif pour la deuxième séance est de développer l’autre partie du cycle de l’eau c’est à dire le ruissellement et l’infiltration de l’eau dans le sol ainsi que les notions de perméabilité et d’imperméabilité. Pour expliquer et matérialiser ces phénomènes, nous avons décidé de nous baser sur deux expériences.

3.2. Première expérience : l’infiltration

On dépose une quantité identique de terre, d’argile et de sable sur un filtre fabriqué à l’aide d’une bouteille. Pour que les élèves se sentent plus concernés nous leur avons demandés d’apporter de la terre de chez eux. On introduit ensuite un volume équivalent d’eau sur chaque filtre. Pour mesurer ces volumes on utilise des pots de yaourt. Les élèves « chronomètrent » le temps de passage de l’eau et mesurent le volume après la filtration. Afin de faire participer au mieux les élèves, chacun d’entre eux aura un filtre et un type de terre.
On interroge les élèves sur leurs observations :
-  L’eau passe t-elle à travers la terre ? le sable ? l’argile ?
-  Comment ? rapidement, lentement ?
Pour conserver une trace des expériences, ils doivent compléter un polycopié (annexe 3). On définit ensuite les trois mots clés : infiltration, perméable et imperméable.

3.3. Deuxième expérience : les nappes phréatiques

Elle a pour but de faire comprendre aux élèves que l’eau souterraine peut être stockée dans le sol sous forme de nappe. On dépose successivement dans un filtre les « trois types de sol ».On à mis l’argile au fond du filtre pour leur faire comprendre que l’eau n’allait pas jusqu’au centre de la terre. On ajoute ensuite un volume d’eau et on observe son écoulement. En raison du temps, nous avons décidé de réaliser nous même cette expérience. Les élèves doivent enfin compléter le cycle de l’eau distribué durant la première séance.

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