Thème n^o 8. L'eau – Agent de transport

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La planification du cours pour le professeur

Objet

Aider les élèves à se sensibiliser à un des autres rôles cycliques de l'eau, comme agent de transport des sédiments, et leur faire voir que le mouvement des sédiments dans l'eau affecte l'environnement.

Matières touchées

Sciences, géographie, arts du langage, mathématiques, études environnementales, arts

Procédure

1. Attirez l'attention des élèves sur ce thème en leur demandant s'ils ont déjà remarqué comment l'eau des rivières et des ruisseaux peut changer de couleur au printemps lorsqu'elle coule plus rapidement. Essayez de découvrir s'ils savent pourquoi l'eau change de couleur et s'ils sont conscients que l'eau peut charrier de la terre arable précieuse et transporter des substances toxiques.
   
   
2. Attirez leur attention sur un autre des cycles de la nature : celui de l'érosion, du transport et de la sédimentation.
   
   
3. Menez une discussion sur la façon dont les activités humaines ajoutent du sédiment aux systèmes d'eau par l'activité de l'industrie forestière, de l'agriculture et de la construction, par exemple. Demandez-leur comment les sédiments peuvent nuire à l'environnement.

Vocabulaire érosion navigation sédimentation sédiments solides en suspension

Références

• Collection Eau douce A-8 : L'eau – agent de transport

Renseignements à l'intention des élèves

Que transporte l'eau?

Si on vous demandait de quelle façon l'eau transporte des choses d'une place à l'autre, vous penseriez peut-être aux bateaux, aux barges et aux canoës qui voyagent sur l'eau et transportent des biens et des personnes. Vous pourriez même penser à vos skis nautiques, qui vous permettent de glisser à la surface du lac. Mais ce ne sont pas là les seules choses que l'eau transporte.

Observez bien votre plage préférée. Remarquez comment les barres de sable ou d'autres dépôts de sable grossissent ou diminuent d'une année à l'autre. C'est parce que l'eau transporte la terre d'un endroit à l'autre sous la forme de sédiments. D'abord l'eau arrache le sol du terrain par érosion, puis, par ses systèmes et ses courants de rivières, déplace ce sol à d'autres endroits et l'y dépose.

Il s'agit d'un autre cycle de la nature.

Le cycle de l'érosion, du transport et de la sédimentation s'appelle le cycle des sédiments.

• Le cycle débute par le processus de l'érosion, par lequel des particules ou fragments sont arrachés aux matériaux rocheux sous l'action de l'eau, du vent, des glaciers, des plantes et des animaux. Mais cette action ne se produit pas du jour au lendemain; le processus est lent et il s'étend sur des siècles ou des millénaires (des milliers d'années), à moins, bien entendu, que l'homme s'en mêle, et cette activité peut accélérer de beaucoup le processus.
  
  
• Quand le matériau délogé est d'assez petite taille, il est prêt à être transporté dans les ruisseaux et les rivières et charrié en aval par le courant d'eau. C'est la partie transport du cycle.
  
  
• Le cycle se termine avec la sédimentation : lorsque l'énergie de l'eau ne suffit plus pour déplacer les sédiments, ceux-ci s'immobilisent, ou ils sont déposés sur une plaine d'inondation, sur les bancs de sable, sur les îles et les deltas.

Combien de sédiments sont transportés au Canada?

Comme vous le savez, le Canada est un pays immense. La quantité de sédiments transportée dépend de la région où vous vivez. Si vous regardez la carte qui montre le débit moyen des sédiments en suspensions dans certains cours d'eau du Canada, vous verrez que les cours d'eau canadiens de l'ouest et du nord transportent beaucoup plus de sédiments que ceux des autres régions. Il y a des raisons pour cet état de choses.

Débit moyen annuel des sédiments en suspension (tonnes) dans certains cours d'eau du Canada

L'histoire glaciaire du Canada

Il y a 10 000 ans, les glaciers couvraient la majeure partie du Canada. Lorsque le climat s'est adouci, les glaciers ont fondu, laissant derrière eux de vastes quantités de matériaux faciles à éroder dans l'Ouest canadien. En région montagneuse où coulent des cours d'eau comme le fleuve Fraser, la rivière de la Paix et le cours supérieur du Mackenzie, de grands volumes de sédiments sont arrachés parce que les versants sont abrupts et les quantités d'eau abondantes.

Au contraire, les dépôts solides sont beaucoup plus faibles dans les Prairies, planes et sèches, et, dans l'est du Canada, où la majorité des terrains est constituée du substratum rocheux, l'approvisionnement en sédiments est limité et les débits sont donc plus faibles.

Si une rivière ou un ruisseau a un débit d'eau élevé, elle peut charrier plusieurs tonnes de sédiments chaque année. Un bon exemple de ce fait est le fleuve Fraser, qui charrie une moyenne de vingt millions de tonnes de sédiments par année. Le fleuve Saint-Laurent transporte environ 2,3 millions de tonnes par année de sédiments en suspension devant le port de Montréal, soit l'équivalent de 230 000 camions de terre. D'autres cours d'eau transportent beaucoup moins de sédiments.

L'importance des sédiments

Vous savez sans doute que l'eau transporte avec elle des particules de terre parce que vous avez vu que les rivières deviennent boueuses au printemps, lorsqu'elles se précipitent en aval. Mais vous seriez peut-être surpris d'apprendre :

• combien de sédiments l'eau peut transporter
• ce que contiennent les sédiments
• les effets graves que les sédiments peuvent avoir sur l'environnement.

Certains de ces effets

• Pollution – Il arrive parfois que les sédiments transportent des produits chimiques toxiques à partir de sources comme l'agriculture et les industries. Ces matières toxiques polluent nos réserves en eau.
  
  
• Obstruction à la navigation – Les sédiments peuvent également rendre la navigation difficile ou même impossible. Si les sédiments provenant de rivières au courant rapide sont déposés en aval, ceux-ci s'accumulent et peuvent finir par rendre le niveau d'eau trop faible pour permettre le passage d'embarcations ou de bateaux. La sédimentation des chenaux de navigation peut être un problème dans votre région comme elle l'est dans le fleuve Fraser (Colombie-Britannique), le fleuve Mackenzie (Territoires du Nord-Ouest) et le réseau hydrographique Grands Lacs - Saint-Laurent (Ontario et Québec).
  
  
• Dommages aux poissons et aux habitats aquatiques – Les sédiments fluviaux ont plusieurs effets directs sur les populations de poissons :
  
  
  • La présence de sédiments en suspension irrite les branchies des poissons et peut entraîner la mort de ceux-ci. Elle peut également détruire la muqueuse protectrice couvrant les yeux et les écailles des poissons, ce qui les rend plus vulnérables à l'infection et aux maladies.
    
    
  • Ils réduisent le taux de pénétration de la lumière dans l'eau, ce qui influe sur les pratiques d'alimentation des poissons et peut faire baisser le taux de survie.
    
    
  • Les sédiments, en s'accumulant, peuvent enfouir et étouffer les oeufs de poissons.
    
    
  • Les particules de sédiments en suspension absorbent la chaleur du soleil et font ainsi s'accroître la température de l'eau, ce qui peut causer du stress chez certaines espèces de poissons.
    
    
• Dommages aux usines d'approvisionnement en eau – La présence de sédiments peut user les pompes et les turbines, ce qui peut accroître les coûts d'entretien. Cet effet peut entraîner le coût de distribution de l'eau aux foyers canadiens.
  
  
• Interférence avec la production d'énergie – La présence de sédiments peut avoir un effet sur la taille et sur la durée de vie d'un réservoir créé pour la production d'énergie. Ainsi, un barrage emprisonne des sédiments qui seraient normalement entraînés vers l'aval et ces sédiments s'accumulent et font décroître la taille du réservoir.
  
  
• Érosion – Certaines pratiques agricoles accroissent l'érosion du sol, ce qui affecte les Canadiens de trois façons :
  
  
  • Du sol productif est perdu pour les entreprises agricoles.
  • Des sédiments et des polluants entrent dans les cours d'eau.
  • Les coûts d'entretien des systèmes d'irrigation s'accroissent.
    
    
• Effets nuisibles causés par la construction – Les sédiments provenant de chantiers de construction peuvent finir par s'écouler dans les égouts ou les ruisseaux et accroître le coût du traitement de l'eau ou affecter la vie aquatique.

Les cours d'eau du Canada transportent plusieurs millions de tonnes de sédiments chaque année dans ce cycle sans fin. Les sédiments sont mesurés et classés en trois catégories :

• comme sédiments en suspension (solides en suspension dans l'eau)
• comme sédiments de charriage (qui roulent et rebondissent dans le fond)
• comme matériaux du lit (sédiments stationnaires déposés sur le lit du cours d'eau)

Une fois qu'on a mesuré et classé ces sédiments, on les analyse pour déterminer au juste ce que transportent nos cours d'eau. Les données provenant de cette recherche servent ensuite à traiter des questions techniques ou environnementales.

Activités pédagogiques

Activité n^o 1 – Sciences

Faites une expérience simple pour démontrer comment l'eau peut transporter des solutions même s'il nous est impossible de les voir.

• Prenez trois verres et remplissez-les d'eau.
  
  
• Demandez à un camarade de classe de mettre une cuillerée de sel dans un des verres et une de sucre dans un autre. Agitez les deux verres.
  
  
• Lorsque les solutions se seront stabilisées, mettez au défi les autres élèves de trouver lequel est le verre où l'eau est « pure ».
  
  
• Quelles sont les conclusions que vous tirez de cette expérience?
  
  
• Quel message communiqueriez-vous aux autres?

Activité n^o 2 – Géographie, mathématiques

Étudiez de nouveau la carte du Canada montrant le débit moyen annuel des sédiments en suspension dans certains cours d'eau du Canada.

• Inventez dix questions de mathématiques basées sur les renseignements contenus dans le diagramme.
  
  
• Expliquez pourquoi il y a tant de différences entre la charge du fleuve Mackenzie et celle de la rivière Thames.
  
  
• Plus de 750 stations dans tout le pays recueillent et analysent des données sur les sédiments. Chercher à découvrir où se trouvent les stations dans votre province ou territoire. Quelles sont les charges des rivières de votre région?
  
  
• Le mouvement des sédiments cause-t-il un problème dans votre province ou votre territoire? Expliquez pourquoi ou pourquoi pas.

Activité n^o 3 – Arts, études environnementales

Préparez un diagramme ou un modèle pour illustrer les étapes du cycle de sédimentation.

Activité n^o 4 – Études environnementales, recherche

Lisez l'étude de cas qui suit, puis renseignez-vous pour savoir si votre province ou territoire prend des mesures pour protéger l'environnement pendant la construction comme on l'a fait à St. John's.

Lorsqu'on commença la construction, à St. John's (Terre-Neuve), de l'Institut de dynamique marine en 1982, on construisit également une usine de désédimentation pour empêcher les sédiments d'atteindre la réserve d'eau. On s'est servi d'un étang de sédimentation et on a ajouté de l'alun à l'eau. L'alun est le nom abrégé du sulfate d'aluminium, un composé qui agit comme un aimant sur les particules de terre qui peuvent colorer l'eau. À mesure que les particules de sédiments s'agglomèrent, ou coagulent, elles s'alourdissent et se déposent au fond des réservoirs. (L'usine de purification de l'eau de votre voisinage se sert peut-être d'alun dans son traitement; si c'est le cas, vous aimeriez peut-être en savoir davantage sur son fonctionnement.) En trois ans, on a pu empêcher 1250 tonnes de sédiments de se déverser dans les eaux voisines de la rivière Rennie. Le coût de la désédimentation a été moins d'un dixième des coûts de construction, et on a protégé de la contamination un habitat de truites.

Activité n^o 5 – Sciences, études environnementales

Comme vous l'avez lu dans les feuillets de renseignements à l'intention des élèves, les sédiments peuvent nuire aux populations de poissons.

Prenez un ou deux des effets nuisibles mentionnés et essayez de savoir comment et pourquoi ces problèmes se produisent. Par exemple :

• en quoi les sédiments changent-ils la façon dont la lumière pénètre dans l'eau?
• en quoi le changement de lumière affecte-t-il l'alimentation et la survie du poisson?
• en quoi les sédiments irritent-ils les branchies des poissons et comment peuvent-ils en causer la mort?
• quelles sortes d'infections et de maladies le poisson attrape-t-il des sédiments?
• en quoi les particules de sédiments absorbent-elles la chaleur du soleil et augmentent-elles la température de l'eau?
• que se produit-il lorsque le poisson est sous l'effet du stress?

Si vous le pouvez, trouvez des exemples de certains de ces événements et le moment où ils se sont produit.

Incluez des diagrammes pour expliquer votre recherche.

Activité n^o 6 – Études environnementales, recherche

Beaucoup de problèmes relatifs aux sédiments sont causés par l'activité humaine.

Problèmes de déboisement et de sédiments

Les problèmes de sédimentation liés aux pratiques de déboisement se produisent dans plusieurs provinces canadiennes : la Colombie-Britannique, l'Ontario, le Québec, le Nouveau-Brunswick et Terre-Neuve :

• La coupe des arbres peut accroître le ruissellement des eaux et l'érosion du sol, ce qui ajoute aux sédiments transportés par les systèmes de rivières.
• La coupe des arbres peut également dégager des substances chimiques qui se trouvent à l'état naturel dans les sols des forêts.

Prenez l'un ou l'autre de ces sujets et découvrez les relations entre les pratiques forestières et les sédiments présents dans le système aquatique de votre région.

Problèmes d'agriculture et de sédiments

Les problèmes de sédiments associés à l'agriculture se présentent souvent au Canada. Par exemple :

• des produits chimiques toxiques sont ajoutés à l'environnement
• le sol est soumis à l'érosion et donc perdu pour l'exploitation agricole
• les coûts d'entretien des systèmes d'irrigation sont augmentés

Prenez un de ces sujets et essayez de découvrir ce qui se produit dans le domaine de l'agriculture de votre région ou de votre province.

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