17 avril 2021

Comment rendre de l’eau propre et limpide ? (CM1)


Objet technique sciences : filtrage de l’eau

Comment rendre de l’eau propre et limpide ? (CM1)

Présentation de notre objet technique :

Schéma de l’objet technique filtrant

 

 

Notre objet permet de nettoyer l’eau. Son utilisation va rendre une eau sale plus propre, c’est-à-dire plus claire et transparente. Elle ne sera pas potable, on ne pourra pas la boire. Pour pouvoir faire cela, il faut utiliser un filtre. C’est un objet constitué d’un ensemble de différentes couches d’éléments mises les unes à la suite des autres. Pour enlever les plus gros morceaux comme des feuilles, des cailloux ou des branches, nous avons mis une première couche constituée de cailloux. Ensuite, nous avons ajouté  d’autres couches de graviers de plus en plus fins. Pour finir le filtre, une dernière couche de sable a été rajoutée. L’objet se termine par un morceau de tissu assez serré pour que les mailles empêchent les plus petits morceaux solides de passer. Nous avons ajouté un second filtre contenant juste quatre couches de sable et de tissu. Cette bouteille sera placée en dessous du premier filtre. La première bouteille sera suspendue à l’aide d’une ficelle à un support pour être au-dessus de la deuxième bouteille. On utilise un support car la bouteille est trop lourde pour pouvoir tenir en équilibre sur l’autre.

 

 

 

 

Premier filtre :

– cailloux

– gros graviers

– petits graviers

– sable

– tissu

——————————————————————————————————————————————————————————————————>                                                       L’eau filtrée avec le premier filtre est de plus en plus claire et transparente au fur et à mesure des filtrations

 

 

 

Les différents concepts scientifiques :

Le liquide que nous allons filtrer est un mélange. C’est-à-dire une association de plusieurs substances. Ici, nous avons de l’eau contenant de la terre, des feuilles, des cailloux… C’est un mélange hétérogène car il est composé de plusieurs substances visibles à l’œil nu. A contrario, un mélange dans lequel on ne distingue pas ses différents constituants est un mélange homogène; c’est le but recherché par notre objet scientifique.

La filtration est un procédé de séparation. Elle sert à séparer les différents constituants d’un mélange, contenant une phase solide et une phase liquide, au travers d’un milieu poreux. La filtration s’effectue avec un filtre qui va retenir les plus grosses particules du mélange hétérogène en fonction de la taille des trous du filtre.

Le filtrat est le résultat d ‘une filtration. En temps normal, il se compose d’eau sans particules solides et est donc translucide. C’est le résultat recherché ici. On souhaite avoir une eau incolore et inodore car ce sont deux propriétés de l’eau. L’eau laisse passer la lumière sans être totalement transparente. Notre filtration n’étant pas 100% efficace, elle ne sera translucide qu’en apparence.

Les matériaux que nous utilisons pour filtrer n’ont pas tous les mêmes propriétés. Certains éléments, comme les graviers, bloquent les plus grosses particules sans bloquer le liquide qui s’infiltre à travers les multiples espaces présents. Les matériaux suivants tels que le sable et le tissu possèdent des espaces plus fins donc retiennent les particules plus fines. Ce sont ces matériaux qui par leur compacité vont aussi retenir une petite quantité de l’eau. C’est le phénomène d’absorption.

Transférabilité en classe :

Cette séquence portant sur la filtration de l’eau est à mettre en place au cycle 3, dans une classe de niveau CM1. La problématique est la suivante : Comment rendre l’eau propre et limpide ?

Pour aborder cette nouvelle notion, la situation déclenchante peut être l’observation et le prélèvement d’eau provenant d’une flaque d’eau devant l’école. Ainsi, le but à atteindre pour les élèves va être de rendre cette eau claire.

Les élèves, pour aborder cette notion,doivent posséder des pré-requis concernant la démarche d’investigation scientifique. Cela signifie savoir élaborer des hypothèses, établir un protocole, faire un schéma, une expérience et des observations.

Dans les programmes de 2018, la séquence s’articule autour de la mise en œuvre un protocole de séparation de constituants d’un mélange et de l’Identification des différents constituants d’un mélange.

Les 5 domaines du socle commun seront abordés.

  • Domaine 1 : Pratiquer des langages :

Comprendre, s’exprimer en utilisant les langages mathématiques et scientifiques.

  • Domaine 2 : S’approprier des outils et des méthodes :

S’approprier la démarche scientifique (hypothèses, recherche,  expérience, observation, trace écrite…).

  • Domaine 3 : La formation de la personne et du citoyen :

Adopte un comportement éthique et responsable

  • Domaine 4 : Les systèmes naturels et les systèmes techniques :

Concevoir, créer, réaliser un objet technique

  • Domaine 5 : Les représentations du monde et l’activité humaine

Replacer des évolutions scientifiques dans le contexte historique, géographique, économique et culturel.

Séquence pédagogique

Nom de la séance Nature de la séance Durée Objectifs  Les grands axes Matériels
1 Recueil des représentations initiales et des questions productives 45’ Recueillir les représentations initiales et les questions productives Présenter la situation déclenchante

Recueil des conceptions initiales sur “ comment rendre l’eau potable ?” et les mettre en commun

Élaborer en groupe des questions productives suivi d’une mise en commun

Trace écrite

papier, crayon de bois, crayons de couleur
2 Etablissement des hypothèses à partir des questions productives et recherche documentaire 40’ Elaboration des hypothèses

Comprendre qu’ils ne peuvent pas rendre l’eau potable mais juste claire en classe (station d’épuration)

Elaboration des hypothèses en groupe à de leur propre questions productives

Recherche documentaire par groupe à partir de documents fournis

mise en commun

documents écrits, vidéos, … sur l’eau potable, les stations et sa réutilisation
3 Etablissement de nouvelles  hypothèses à partir de leurs nouvelles connaissances, du protocole et du matériel 40’ Établissement du protocole et du matériel nécessaire pour faire l’expérience pour valider ou non les hypothèses. Sélection des hypothèses qui vont être testées

Proposition d’expériences pour tester l’hypothèse

Par groupe établissement par les élèves de protocoles expérimentaux

Mise en commun

papier, crayon

feuille support

4 Construction de l’objet technique, expérimentation et observations 40’ Mettre en place un protocole et l’expérimenter en fonction des critères choisis.

Observer les résultats et rendre compte de ces derniers.

Réalisation des expériences

Photographies de l’expérience pour voir et garder les observations de l’expérience

Observations

Mise en commun

Bouteilles en plastiques coupées en deux, du sable, du gravier, du grillage, de la terre, du coton type boule de coton, des filtres à café, de l’eau sale,appareil photo
5 Résultats et trace écrite 40’ Élaboration d’une trace écrite.

Création de l’objet technique plus efficace en l’améliorant avec la classe

Rebrassage de la séance précédente

Résultats après observation avec interprétations

Création de l’objet technique

papier, crayon, cahier de science

Les trucs et astuces :

  • Avant l’expérimentation, penser à bien dégager l’espace de travail des élèves et à préparer le matériel en amont.
  • La potence est importante pour faire tenir les deux filtres l’un sur l’autre.
  • Le temps de filtration peut être un peu long. A prévoir dans la réalisation de la séquence.
  • La filtration ne sera pas toujours efficace à 100%, ce qui peut décevoir les élèves.
  • Penser à préciser que l’eau filtrée n’est pas potable.
  • Penser à expliciter la notion de filtre.

 

 

Fichier du dossier : Faire des sciences-Trichet.L-Verniolle.L-Demee.V

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