Cette séance s'inscrit naturellement après l'unité 2, il s'agit cette fois de mener des recherches documentaires sur le nettoyage des eaux sales puis, en tenant compte des éléments appris, d'élaborer ensemble un protocole qui permettra de rendre l'eau limpide et apportera une conclusion à la séquence.

Déroulement

• Phase 1

L'enseignant reprend avec les élèves la question initiale "peut-on nettoyer de l'eau ?" et les invite à réfléchir sur la réalité en demandant : comment procède-t-on pour nettoyer les eaux sales produites par notre société ?

Dans un débat oral collectif, les élèves échangent leurs idées, leurs savoirs sur la question.

Les élèves se remettent en groupes pour consulter des ouvrages documentaires ou des documents sur internet, traitant la gestion de l'eau sale, la consigne étant de noter dans un texte bref les éléments importants d'une station d'épuration.

Les sites suivants proposent des documents utilisables par les élèves :

- Fonctionnement d'une station d'épuration (AQUAWAL, Union professionnelle des opérateurs publics du cycle de l'eau en Wallonie) ;

- L'épuration de l'eau (SDEA, Syndicat des Eaux et de l’Assainissement Alsace-Moselle) ;

- Le cycle de l'eau domestique (Agence de l'eau Seine-Normandie) ;

- Le parcours des eaux usées (Agence de l'eau Rhône, Méditerranée, Corse) ;

- Le fonctionnement d'une station d'épuration (Agence de l'eau Artois-Picardie)

- Principe de fonctionnement d'une station d'épuration (Ifremer, Institut français de recherche pour l'exploitation de la mer).

Pour clore ce moment de recherche, le rapporteur de chaque groupe vient lire devant la classe le texte rédigé.

La question peut aussi être traitée collectivement après le visionnement d'un film documentaire (par exemple sur Lesite.tv  France5) ou après la visite d'une station d'épuration locale.

• Phase 2
  

A partir des textes produits, l'enseignant propose aux élèves de construire collectivement un dispositif qui permettrait de nettoyer l'eau sale des bouteilles, de façon plus efficace et méthodique.

Les élèves font le parallèle entre les moyens matériels dont ils disposent (en utilisant l'affiche "référence" des outils et matériaux utilisés) et les moyens réels utilisés dans les stations d'épuration.

Les élèves élaborent un protocole commun et le dessinent au tableau : ils ordonnent en plusieurs étapes les outils et matériaux retenus, l'idée étant de filtrer les plus gros éléments au départ jusqu'aux plus fins. Cela pourrait être :

étape 1 : la passoire
étape 2 : le grillage fin
étape 3 : le sable
étape 4 : le filtre à café

Les élèves légendent le dessin des quatre étapes au tableau, sous la dictée du groupe.

Chaque élève conserve une trace de ce protocole dans son cahier d'expérience et complète individuellement avec les observations collectives, pendant la mise en oeuvre de l'expérience.

• Phase 3

Pour mettre en oeuvre l'expérience par les élèves, l'enseignant répartit les tâches (le dessin collectif est au tableau).

Chaque étape est réalisée par un élève devant toute la classe qui observe et peut constater que :

étape 1 : les plus gros éléments sont retenus par la passoire ;
étape 2 : les éléments de taille moyenne sont retenus par le grillage fin ;
étape 3 : le sable retient les derniers éléments visibles ;
étape 4 : le filtre à café garde les éléments très fins.

Pour mieux observer la couleur et la limpidité de l'eau obtenue, un élève transvase cette eau dans une autre bouteille transparente.

L'ensemble des élèves la compare à la bouteille-témoin et à une eau de l'expérience précédente.

• Phase 4

L'enseignant demande de comparer la limpidité des filtrats obtenus en utilisant la bouteille d'eau témoin (eau sale départ), les divers filtrats de l'unité 2 et de l'unité 3, et une bouteille d'eau du robinet. Les élèves peuvent alors constater que le filtrat obtenu dans l'unité 3 est plus limpide que ceux obtenus dans l'unité 2, mais qu'il ne paraît pas buvable vu son aspect trouble.

Les élèves rédigent collectivement un court texte qui résume cette expérience plus efficace.

• Phase 5

Pour apporter une conclusion, l'enseignant peut faire réfléchir les élèves sur la pertinence et l'efficacité des outils successifs lors de l'unité 2.

Après un court moment de langage oral, les élèves rédigent un texte de synthèse final sous la conduite de l'enseignant.

Compétences

Démarche scientifique

• Ré-appropriation du problème : choisir du matériel plus efficace.
• Etablir un rapport à la réalité.
• Mise à l'épreuve des hypothèses :
  • élaboration d'un deuxième protocole expérimental afin d'ajuster le dispositif expérimental,
  • anticiper les résultats,
  • mise en œuvre du protocole,
  • constat par l'observation : la limpidité de l'eau étant l'indice de réussite de l'expérience par comparaison à des bouteilles "témoin",
  • retour critique sur le constat.
• Retour sur la résolution du problème : conclure sur l'efficacité successive des différents outils.

Maîtrise de la langue

• Débat collectif pour élaborer le protocole : participer à un débat, justifier son point de vue.
• Ecrit de synthèse collectif : rédiger un texte de synthèse.

Organisation

Ce travail collectif ne nécessite aucune installation particulière.

Déroulé temporel

1 séance d'environ 50 minutes.

Matériel

Le reste d'une bouteille d'eau sale, la bouteille-témoin, la bouteille d'eau du robinet, une passoire, du grillage fin, des filtres à café, du sable, l'affiche "référence" des outils, des feuilles pour dessiner individuellement le protocole commun.

Explicitation et justification des choix didactiques

Une variable possible : reprendre les mêmes équipes et reprendre le déroulement de l'unité 2 après un débat sur l'efficacité de certains "outils" de filtration (en limitant le choix de quatre outils maximum); cela permettrait à chaque élève d'avoir un rôle (le même ou différent) à remplir et de renforcer les compétences travaillées.

Le constat fait sur la limpidité de l'eau n'étant pas mesurable, l'accent peut être mis sur l'efficacité des outils successifs et sur la notion de filtration, en rapport avec la réalité.

De même, une unité peut être construite en prolongement ou en parallèle pour construire la notion de décantation, autre procédé physique pour nettoyer l'eau sale dans les stations d'épuration.

Auteurs : G. Aldon, K. Bécu-Robinault, D. Régnier, M.C. Verpillat