Le cycle de l'eau

Notes de l'enseignant

Les ressources en eau douce des provinces de l'Atlantique sont les tributaires des plus grandes ressources d'eau des océans et de l'atmosphère, qui débordent nos frontières nationales ou provinciales. La quantité totale d'eau dans le monde est évaluée à plus d'un milliard de kilomètres cubes. Même si l'eau peut prendre différentes formes, allant des océans aux nuages, aux précipitations, aux rivières, aux champs de glace et ainsi de suite, la quantité totale de l'eau est demeurée constante depuis les trois à cinq millions dernières années. Un examen plus approfondi révèle que seulement 2,5 % de l'eau mondiale est de l'eau douce. La majeure partie de cette eau existe sous forme de glaciers et de calottes polaires. Des autres parties, 30,9 % est de l'eau souterraine et 0,4 % est de l'eau de surface comme les rivières, les lacs et la vapeur d'eau. Cela veut dire que seulement un centième d'un pour cent de l'eau totale de la terre répond aux besoins de l'humanité en matière d'eau douce.

Cette quantité d'eau relativement minime, qui est essentielle à la vie sur terre, est constamment échangée entre la terre et l'atmosphère. La circulation infinie de l'eau à partir de l'atmosphère jusqu'à la terre et son retour à l'atmosphère par la condensation, les précipitations, l'évaporation et la transpiration sont désignés sous le nom de cycle hydrologique.

Le cycle hydrologique

Toute l'eau de la terre passe continuellement à travers un procédé dans lequel l'emplacement et l'état physique de l'eau changent par l'entremise de réactions thermiques. Selon la loi de la conservation de la matière, l'eau n'est pas créée ni détruite dans ce procédé; elle change tout simplement de forme. L'eau se trouve dans trois états pendant le cycle hydrologique : solide (sous forme de glace), liquide (sous forme d'eau liquide) et gazeux (sous forme de vapeur d'eau). L'hydrologie est l'étude du mouvement et de la distribution des eaux de la terre.

Le cycle hydrologique (ou le cycle d'eau, selon son nom courant) qui fonctionne dans la région de l'Atlantique génère des précipitations annuelles élevées. Les rivières, les lacs et les réserves d'eau souterraine sont continuellement réapprovisionnées, même si le procédé varie avec la géologie locale. À Terre-Neuve et au Labrador, les surfaces de terrain surtout rocheuses entraînent des écoulements rapides après une pluie ou la fonte des neiges. L'opposé s'applique à l'Île-du-Prince-Édouard, où une grande partie des précipitations (environ 20 %) s'infiltrent dans la couverture du sol poreuse.¹. La Nouvelle-Écosse et le Nouveau-Brunswick ont des zones de terre qui présentent les deux extrêmes.

Le réchauffement de l'eau de l'océan par le soleil est le principal procédé qui garde le cycle hydrologique en mouvement. Au fur et à mesure que l'eau liquide se réchauffe, les molécules de sa surface sont suffisamment alimentées pour se libérer de la force d'attraction qui les tient ensemble. Le phénomène de l'évaporation se produit. Quatre-vingt-dix-sept pour cent de toute la vapeur d'eau provient des océans du monde qui servent d'énormes réservoirs de stockage dans le cycle hydrologique.

L'eau peut également s'évaporer à partir de l'humidité du sol, des rivières, des lacs, directement de la neige et de la glace (sublimation) et même des gouttes d'eau lorsqu'elles tombent sur la terre. Les plantes émettent également de la vapeur par leurs feuilles (transpiration). Un gros chêne, par exemple, peut émettre plus de 136 000 litres d'eau transpirée dans une année. Jusqu'à 40 % de l'eau canadienne est évaporée ou transpirée.²

À mesure que l'eau monte dans l'atmosphère, elle se refroidit jusqu'à ce qu'elle se condense sous forme liquide de nouveau. Cette vapeur se condense souvent autour de petites particules de poussière flottant dans l'air. Lorsque suffisamment de gouttelettes d'eau se regroupent, elles forment un nuage. À mesure que l'air continue de se refroidir, le nuage devient saturé de gouttelettes d'eau et il commence à pleuvoir. Lorsque l'eau retourne à la surface de la terre sous forme de pluie, de neige, de grêle ou de giboulées, elle se nomme précipitation.

Une certaine partie des précipitations est interceptée par les plantes, mais la majeure partie tombe sur la surface de la terre et commence à se déplacer vers l'océan dans le système de transport établi des ruisseaux, des lacs et des rivières. Une partie s'infiltrera dans la terre pour devenir de l'eau souterraine. Même sous la terre, l'eau continue de s'écouler. Elle peut percoler dans les fissures et les pores dans le sol et dans les roches jusqu'à la nappe phréatique en dessous. Elle peut remonter à la surface par l'action capillaire; ou elle peut se déplacer horizontalement sous la surface de la terre jusqu'à ce qu'elle entre de nouveau dans un régime des eaux de surface.

La tendance de base du cycle hydrologique semble très simple : évaporation - condensation - infiltration - écoulement. Mais le cycle n'est pas aussi harmonieux ou régulier qu'il peut en avoir l'air. Souvent, il y a des saisons où un aspect du cycle domine. Même si le cycle équilibre ce qui monte et ce qui descend, une phase du cycle est gelée dans les régions les plus froides pendant l'hiver. Pendant l'hiver canadien, par exemple, la majeure partie des précipitations sont simplement entreposées comme de la neige ou de la glace sur la terre. Plus tard, pendant la fonte au printemps, d'énormes quantités d'eau sont émises rapidement, ce qui cause des écoulements du printemps et potentiellement des inondations. Par contre, pendant l'été, une évaporation et une transpiration considérables pendant les épisodes de chaleur peuvent diminuer les niveaux des cours d'eau.

La chaleur du soleil ou l'énergie solaire attire l'eau dans l'atmosphère par l'évaporation, et c'est la gravité de la terre qui fait retourner l'eau à la surface de la terre sous forme de précipitations. La majeure partie de l'eau douce est utilisée aux phases de l'eau de surface et de l'eau souterraine du cycle hydrologique.

IIl est difficile de croire que le Nouvelle-Écosse pourrait connaître une grave pénurie d'eau. Nos précipitations annuelles totales sont relativement élevées, soit d'environ 1 200 à 1 400 millimètres comparativement à 750 ou 950 millimètres au centre de l'Ontario ou entre 250 et 400 millimètres dans le sud de la Saskatchewan. Si vous survolez au-dessus de la province, vous verrez d'innombrables lacs, rivières et cours d'eau.

Le problème par rapport aux ressources en eau de la Nouvelle-Écosse (eau douce), c'est que même s'il existe beaucoup d'eau dans la province, la majeure partie ne peut pas servir à la consommation sans être traitée de façon exhaustive.

L'océan³

D'une certaine façon, nous sommes l'océan et l'océan est nous. La vie a probablement commencé dans l'océan et s'y est développée pendant plus de 3 milliards d'années avant que certains proto-amphibiens aient le courage de s'éclabousser sur la terre! Nous tous – les humains, les wombats et le bois du Brésil – portons encore un océan en nous. Notre sang, nos oeufs, le liquide en arrière des cornées de nos yeux et l'intérieur de nos cellules sont de l'eau salée. Comme ¾ de la surface de la terre est constituée d'eau salée notre corps est constitué à environ ¾ d'eau salée.

L'océan a un effet profond sur notre planète et sur nous-mêmes. Il modère et influence la météo. La majeure partie de l'oxygène de la terre est générée par les plantes de l'océan, et la majeure partie du réservoir du dioxyde de carbone de la terre (un gaz essentiel à la survie des plantes et au contrôle du climat) est dissoute dans l'océan. L'océan nous fournit une immense quantité d'aliments et d'autres ressources naturelles, et 90 % du commerce de la terre est transporté sur ces vagues. Sans l'océan, il n'y aurait probablement pas de vie sur terre.

À quoi ressemble l'océan vraiment et quelle est sa dimension?

La terre est une planète d'eau. L'océan recouvre 71 % de sa surface (61 % de l'hémisphère nord et 81 % de l'hémisphère sud). Nous utilisons le terme « océan » parce que c'est une entité unique. Nous avons toujours réparti les eaux en océans; le Pacifique, l'Atlantique et l'océan Indien; et les mers; la Méditerranée, les Caraïbes et la mer Baltique; en utilisant diverses masses de terre comme limites. En réalité, ces termes sont utilisés pour des fins pratiques – toutes ces masses d'eau sont interreliées et l'eau s'écoule librement à travers toutes ces masses d'eau. En ce qui a trait à la composition chimique de l'océan, des tasses d'eau salée prélevées de différentes régions du monde sont presque identiques. Parce que cette eau provient de l'océan mondial.

L'océan recouvre 360 millions de kilometres carrés et sa profondeur moyenne est d'environ 3 800 metres. En comparaison, la hauteur moyenne du terrain est de 845 metres. C'est aussi froid. La température moyenne de l'océan est de 3,9°C. Pourquoi l'océan est-il si froid? Parce que la majeure partie de l'océan est profonde et même dans les tropiques, l'eau profonde est de l'eau froide.

Quelle est la profondeur de l'océan et où se trouvent les endroits les plus profonds de l'océan? L'endroit le plus profond de l'océan est le Challenger Deep, et d'autres endroits dans le Mariana Trench, situé juste à l'est de Guam. Le plancher océanique à cet endroit est de 11 022 metres de la surface. Si vous mettiez le mont Everest dans le Challenger Deep, il y aurait encore 2 192 metres avant d'atteindre la surface.

De quoi est constituée l'océan?

La majeure partie de l'eau de la mer (97,5 %) est tout simplement de l'eau, mais le reste est constitué de sels dissous. Même si la majeure partie du sel courant est le sel de table, composé de sodium et de chlore, les sels comprennent également des composés formés à partir de divers autres constituants, comme le sulfate, le magnésium, le calcium et le potassium. En réalité, l'eau de mer est une sorte de « thé de la terre », qui contient des atomes dissous d'environ chaque élément de la planète. Même si les éléments les plus abondants dans l'eau de la mer sont le chlore et le sodium, chaque tasse contient tous les autres éléments, y compris des éléments aussi exotiques que l'or, l'argent et l'uranium.

Alors pourquoi la mer est-elle salée? D'abord, elle est salée parce que les rivières dissoudent et y transportent des parties de la croûte terrestre. Ce phénomène existe depuis des milliards d'années. Même si les rivières sont de l'eau douce, elles contiennent d'infimes quantités d'éléments dissous. Mais si vous prenez l'eau de la rivière et concentrez ses sels, ces derniers ne représentent pas la même proportion que les sels de l'océan. L'eau de la rivière contient trop peu de chlorure. Autrement dit, il y a trop peu de sel de table dans l'eau de la rivière pour expliquer sa concentration dans l'océan.

Heureusement, les scientifiques ont récemment découvert une autre source principale des éléments de l'océan – le manteau terrestre.

La partie fondue du manteau terrestre vient à la surface sous forme de lave et de gaz chauds. Puisque l'océan recouvre 71 % de la surface de la terre, la plupart des volcans et des évents de gaz sont sous l'eau et les matériaux qui s'échappent et atteignent l'océan sont semblables à la composition chimique de la mer. En particulier, les évents d'eau chaude sont une source d'eau riche en minéraux. Les évents d'eau chaude se produisent lorsque l'eau de l'océan s'infiltre dans les fissures volcaniques, rencontre le magma souterrain et retourne à l'océan chargée de chlorure (et chaude!).

Alors la meilleure explication concernant les grandes quantités de sel dans la mer est la suivante : une bonne partie du sodium dans l'océan provient des rivières qui ont dissous la croûte terrestre, et une bonne partie du chlorure provient des ouvertures des volcans sous la mer.

Tout le sel que nous mettons dans nos aliments provient, d'une façon ou d'une autre, de l'océan. À l'échelle mondiale, environ un tiers de nos réserves de sel sont produites dans de grands étangs d'évaporation situés près de l'eau salée. Le reste vient des mines de sel qui recouvrent le sel déposé par l'évaporation des anciennes mers.⁴ Puisque le sel provient originalement de l'océan, quelle est la différence entre le sel de table et le sel de mer? Le sel de table est pratiquement du chlorure de sodium à l'état presque pur. Lorsque les fabricants de sel évaporent l'eau de mer, le premier sel qui en résulte est de la calcite (chlorure de calcium). Lorsque ce phénomène se produit, la saumure est transférée à un autre étang, l'évaporation se produit de façon plus approfondie et le gypse (sulfate de calcium) se précipite pour en sortir. Ce qui reste dans la saumure est principalement du chlorure de sodium ou du sel de table. Le sel de mer retient tous les autres sels.

La vie dans l'océan

Malgré toute la dimension de l'océan, la majeure partie des organismes qui y vivent sont concentrés dans une très petite partie, près de la surface et dans les eaux peu profondes à proximité des côtes. Premièrement, la majeure partie des organismes vivants dans l'eau dépendent ultimement de la lumière du soleil. C'est parce que le niveau inférieur du réseau alimentaire est composé de plantes et que celles-ci ont besoin de lumière pour survivre. Même dans de l'eau très claire, la lumière du soleil pénètre seulement sur une courte distance, peut-être 30 metres environ.

La couche de l'océan où la lumière pénètre s'appelle la zone photique; c'est là où la majeure partie de l'action a lieu. Puisque les plantes ont besoin de la lumière du soleil pour survivre, elles vivent toutes dans la zone photique.

La plupart des autres formes de vie se trouvent également dans l'eau peu profonde parce que c'est là que sont concentrées la plupart des nutriments des plantes. Une bonne partie de ces nutriments (comme les nitrates) sont transportés à partir de la terre par l'eau (dans les rivières par exemple) et ont tendance à demeurer près de la côte. Toutefois, dans quelques endroits choisis, les nutriments des plantes sont extrêmement concentrés, et c'est là que la vie a vraiment lieu. Il s'agit des régions de remontée d'eaux profondes.

Remontée d'eaux profondes

La remontée d'eaux profondes est un processus extrêmement important qui a des effets profonds sur la productivité de l'océan. La remontée d'eaux profondes est le procédé par lequel l'eau froide et profonde riche en nutriments remonte pour remplacer les eaux de surface qui sont déplacées par le mouvement horizontal des eaux superficielles entraînées par le vent. Ce phénomène se produit surtout le long des côtes, et sur quelques côtes uniquement. Ce phénomène a lieu particulièrement le long des côtes de la Californie, du Pérou, du Chili, de l'Afrique de l'Ouest et d'autres endroits parsemés.

Quel est l'effet de la remontée d'eaux profondes? Il faut se rappeler d'abord que les plantes microscopiques (phytoplancton) absorbent les nutriments dissous (comme l'azote) de l'eau. Les plantes vivent près de la surface de l'océan, de façon que les eaux de surface ont tendance à contenir peu de nutriments ou d'éléments nutritifs. D'autre part, l'eau plus profonde contient peu de phytoplanctons et par conséquent beaucoup de nutriments. Lorsque cette eau riche en nutriments atteint la surface, le phytoplancton commence à se reproduire. Le phytoplancton constitue la base de la majeure partie des réseaux alimentaires de l'océan, et plus le phytoplancton est abondant, plus les plantes qui se nourrissent du phytoplancton peuvent vivre dans le réseau. C'est pourquoi la remontée de l'eau profonde contient habituellement plus d'organismes (selon le nombre ou le poids) que tout autre habitat océanique ouvert.

Activités

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Une goutte dans un verre d'eau

5^e et 6^e années – Sciences, français, sciences humaines

But

Les élèves étudieront les sources de l'eau qu'ils utilisent.

L'eau recouvre trois quarts de la surface totale de la Terre, mais moins de la moitié d'un pour cent est sous forme d'eau douce disponible. Cette eau est composée d'environ 97,5 % d'eau de mer, de 2 % de calottes polaires et de glaciers, et le reste de l'eau non disponible qui est piégée bien en dessous de la surface de la terre. L'eau douce provient de nombreuses sources : l'eau de surface comme les rivières, les cours d'eau et les lacs; les réservoirs souterrains ou les nappes d'eau; l'eau de pluie est recueillie et l'eau salée est purifiée.

Matériel

• information et matériel concernant l'approvisionnement en eau des élèves. Voir section sur les ressources pour savoir où trouver cette information.
• carte routière locale indiquant les cours d'eau.

Procédé

Divisez les élèves en groupes et demandez-leur de lire et de revoir le matériel que vous avez recueilli. Peuvent-ils déterminer l'approvisionnement en eau de leur ville ou d'une ville locale? De combien de litres d'eau par jour la population de cette ville a-t-elle besoin?

Les élèves peuvent également déterminer la source de leur propre eau potable s'ils habitent dans une région rurale qui n'est pas desservie par une autorité d'eau municipale. Combien de litres d'eau leur source d'approvisionnement en eau leur fournit-elle (pour une période déterminée)? Combien de litres d'eau leur famille obtient-elle de cette source?

Demandez aux élèves de choisir une industrie locale qu'ils examineront. Comment l'industrie utilise-t-elle l'eau?

Existe-t-il une source d'approvisionnement en eau d'urgence que les familles des élèves ou la ville où habitent les élèves pourraient utiliser en cas de sécheresse? Comment la ville ou leur famille ferait-elle face à une sécheresse qui durerait plusieurs jours?

Extension

Pour étudier certaines questions concernant l'eau et les droits relatifs à l'eau, demandez aux élèves de discuter des faits en organisant une table ronde. Désignez deux groupes comme l'administration municipale ou les représentants de l'eau. Désignez les autres qui seront les représentants des utilisateurs de l'eau : secteurs résidentiel, commercial, agricole et industriel.

Discutez de certaines questions (par exemple : sécheresse, arrivée de nouvelles entreprises, nouveau barrage en amont, perte de l'habitat local) qui exigent une réattribution de l'eau des sources d'approvisionnement existantes.

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Simulation du cycle hydrologique

4^e, 5^e et 6^e années – Multidisciplinaire

Aidez votre classe à franchir un cycle hydrologique. Aidez vos élèves à visualiser le déplacement de l'eau en demandant à chacun de dessiner et d'étiqueter son propre cycle hydrologique sur une feuille de papier. Demandez aux élèves de penser aux expériences qu'ils pourraient organiser pour montrer comment l'eau se déplace à travers le cycle hydrologique. Voici certaines suggestions :

1. Mettez un contenant ou des contenants d'eau dans une zone ensoleillée dans la salle de classe. L'eau s'évaporera. Plus la surface de l'eau exposée à l'air et à la lumière du soleil est grande, plus le taux d'évaporation est rapide.
   
   
2. Laissez un humidificateur allumé dans la salle de classe et observez la condensation qui se forme sur les fenêtres.
   
   
3. Remplissez un plateau de terre (le sable permet une réaction plus rapide). À un bout du plateau, percez un trou. Placez un contenant en dessous du trou. Élevez un bout du plateau légèrement. Maintenant, pulvérisez de l'eau sur le bout élevé, permettant à l'eau de tremper dans le sol. Une partie de l'eau s'écoulera et formera un canal. Le reste se déplacera dans le sol sur la longueur du plateau et s'écoulera éventuellement à partir de l'ouverture dans le contenant. Cette démonstration illustre l'écoulement, la réalimentation de l'eau souterraine et le déplacement et le stockage de l'eau souterraine ainsi que l'évacuation dans un cours d'eau de surface.

Dites à vos élèves qu'une grande quantité d'eau se déplace autour de la Terre dans l'air, dans la terre, dans les rivières, etc. Toutefois, le pourcentage de l'eau emmagasiné dans les principales sources (par exemple océans, mers, etc.) demeure relativement constant.

Vous pouvez également dire à vos élèves que la Terre contient la même quantité d'eau aujourd'hui qu'il y a un million d'années. Les gens l'utilisent tout simplement et la font circuler à nouveau. Il ne faut pas pour autant penser que les gens n'ont pas changé la qualité d'une partie de l'eau de la Terre. Les différentes utilisations de l'eau au cours de nombreuses années a contaminé une partie de l'eau. On peut conclure que la Terre contient la même quantité d'eau, mais qu'une partie de l'eau n'est pas propre à la consommation. Cela réduit la quantité d'eau disponible pour la consommation par les humains et les animaux.

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Roue d'eau de la nature

4^e, 5^e et 6^e années – Sciences

But

Les élèves identifieront l'eau souterraine et la décriront, et pourront indiquer et décrire comment le cycle hydrologique fonctionne.

L'hydrologie est l'étude du mouvement et de la distribution des eaux de la Terre. Dans la nature, l'eau circule à travers un réseau appelé le cycle d'eau ou le cycle hydrologique. Ce cycle commence lorsque la chaleur du soleil fait évaporer l'eau de l'océan et que celle-ci se transforme en vapeur d'eau. L'atmosphère contient cette vapeur d'eau pendant que celle-ci se refroidit progressivement et se condense pour former des nuages. L'eau finit par tomber sous forme de précipitation, soit de la pluie ou de la neige. La plupart des précipitations, soit la neige ou la pluie, tombe de nouveau dans les océans, mais une partie tombe sur la terre et s'écoule éventuellement pour retourner dans les mers ou tremper la terre (percolation). L'eau qui s'écoule dans la terre est l'eau souterraine et est utilisée éventuellement par la nature. Elle transpire ou s'évapore dans l'atmosphère, pour compléter le cycle.

Il existe deux principales sources d'eau douce sur la terre : eau de surface et eau souterraine. L'eau de surface s'écoule sur la terre sous forme de lac, rivière et cours d'eau. L'eau souterraine s'infiltre à travers le sol ou dans les fissures et les cavités dans les roches. L'eau souterraine est la source d'eau des puits et des sources et fournit environ 50 % de l'eau potable aux foyers de la Nouvelle-Écosse. La majeure partie des régions rurales dépendent largement de l'eau souterraine pour combler leurs besoins. L'eau souterraine peut se former lorsque les précipitations s'écoulent à travers le sol ou lorsque l'eau des lacs et des étangs suinte dans la terre.

Une couche ou un lit de matériaux de terre poreux qui produit des quantités utiles d'eau souterraine est désigné sous le nom de nappe aquifère. Les puits sont forés jusqu'à une nappe aquifère pour y en extraire de l'eau souterraine jusqu'à la surface. La surface de la nappe aquifère est désignée par le nom nappe d'eau.

Si nous retirons une quantité d'eau de la nappe aquifère qui est plus grande que son alimentation naturelle, la nappe phréatique ou la nappe d'eau « chute ». Bon nombre de régions du monde utilisent leur approvisionnement d'eau souterraine plus rapidement que celle-ci peut être réalimentée. L'abaissement de la nappe d'eau cause des problèmes particuliers dans les zones côtières parce que l'eau salée de l'océan peut pénétrer dans les réservoirs d'eau souterraine si la zone tamponest diminuée.

La pollution de l'eau souterraine est un problème grave, en particulier près des villes et des lieux industriels. Les polluants qui s'infiltrent dans la terre peuvent provenir de l'eau de surface contaminée, de fuites des tuyaux d'égout et des fosses septiques et des déversements de produits chimiques et d'essence, entre autres. L'eau souterraine peut également être polluée par les engrais chimiques et les déchets radioactifs enfouis.

Matériel

• eau
• chauffe-plats
• assiette à tarte en aluminium ou en fer blanc (plus c'est petit, mieux c'est)
• glaçons
• Feuilles de travail 1 et 2
• pot de vitre (comme un gros pot de mayonnaise) ou une casserole de verre (les casseroles Vision fonctionnement bien)

Procédé

1. Mettez des glaçons dans l'assiette à tarte pour commencer à faire refroidir l'assiette.
2. Mettez le pot ou la casserole contenant de l'eau sur le chauffe-plats et attendez que l'eau bouille.
3. En attendant que l'eau bouille, distribuez la Feuille de travail n^o 1. Faites-en la lecture ensemble et discutez.
4. Tenez l'assiette de glaçons au-dessus de la vapeur provenant de l'eau bouillante. La vapeur de l'eau bouillante se condense et redescend pour se convertir en vapeur à nouveau, créant ainsi un cycle hydrologique ou de l'eau.
5. Discutez de l'expérience à l'aide de la Feuille de travail n^o 1. Discutez de la façon dont l'eau s'infiltre dans le sol créant ainsi (et ajoutant ou réalimentant) l'eau souterraine.
6. Distribuez la Feuille de travail n^o 2.

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Le cycle d'eau

4^e, 5^e et 6^e années – Sciences

But

Créer un exemple du cycle d'eau en action d'une dimension adaptée à l'élève. Cette activité peut être entreprise en sections, mais elle nécessite beaucoup d'engagement et de temps (germination des graines). Il vaut mieux la faire dans le cadre d'un programme d'études.

Toute l'eau sur la Terre traverse un cycle dans lequel elle change d'emplacement ou d'état physique par différents procédés. Selon la loi de la conservation de la matière, l'eau n'est pas créée ou détruite par ce cycle : elle change de forme. L'eau se trouve dans trois états de matière pendant le cycle : solide (calottes glaciaires), liquide (lacs) et gazeux (vapeur d'eau). Les cinq procédés par lesquels l'eau se déplace dans le cycle sont les suivants :

1. L'eau dans les océans et les lacs s'évapore dans l'air.
   
   
2. L'air froid dans l'atmosphère fait condenser la vapeur d'eau dans l'air et la transforme en nuage.
   
   
3. Les précipitations des nuages tombent sur la terre sous forme de pluie, de verglas ou de neige, selon la température de l'air et les conditions météorologiques.
   
   
4. L'eau sur la terre s'infiltre dans le sol et une partie est absorbée par les plantes.
   
   
5. Dans le processus de la photosynthèse (convertissant l'eau, la lumière du soleil et les dioxydes de carbone pour former leurs propres aliments), les plantes absorbent l'eau du sol et l'émettent de nouveau dans l'air par la transpiration.

Ces tendances aux changements peuvent varier, mais le cycle se produit continuellement. L'eau est recyclée au moyen de ces procédés depuis le début des temps.

Matériel

• trois bouteilles de boisson gazeuse de 2 litres (avec des bouchons)
• craie de cire ou marqueur pour marquer les bouteilles de plastique
• ciseaux
• ficelle
• cartouche vide de pellicule

Procédé

1. Enlevez les étiquettes des bouteilles.
2. Dessinez une ligne avec un marqueur ou une craie de cire juste au-dessous de « l'épaule » de la bouteille A, comme il est indiqué dans le dessin à droite, maintenant la ligne à la même hauteur sur la bouteille.
3. À l'aide de la méthode expliquée au numéro (2.), coupez les bouteilles B et C juste au-dessus du « fût » comme il est indiqué dans le dessin à droite.
4. Perçez un trou dans le bouchon de la bouteille à l'aide d'un poinçon ou d'une épingle. Le trou devrait être juste assez gros pour que vous puissiez y passer votre ficelle. Mettez ce bouchon sur la bouteille B.
5. Coupez une ficelle d'une longueur de 40 cm. Pliez la ficelle en deux et insérez le bout plié dans le trou du bouchon pour faire une boucle à l'intérieur. Laissez au moins 5 cm de chaque bout de la ficelle suspendue à partir du bouchon.
6. Placez un bouchon sans trou sur la bouteille C. Attachez une ficelle de 20 cm autour du cou de la bouteille afin qu'un bout tombe d'environ 7 cm.
7. Assemblez la colonne de la bouteille : B s'insère dans A; C s'insère dans B. Ces trois parties de votre modèle sont désignées sous le nom de « chambres » ailleurs dans l'activité.

Créer un environnement dans la bouteille

1. Mouillez bien les deux ficelles. Ajoutez 150 ml d'eau dans la chambre A. Ce sera la source d'eau pour le cycle.
2. Remplissez la chambre B de terre humide pour recouvrir la boucle de la ficelle (environ 200 ml). La ficelle devrait atteindre la terre. Elle ne devrait pas être appuyée contre le côté de la colonne (les élèves ne pourront pas voir la ficelle qui traverse le sol).
3. Plantez plusieurs graines de plantes résistantes à croissance rapide dans la terre autour des côtés de la chambre B. Pendant que les graines germent, n'utilisez pas la chambre C – cela facilitera la circulation de l'air et la croissance des graines.
4. Mettez la cartouche de la pellicule (ou un autre bouchon de bouteille si vous n'avez pas de cartouche de pellicule) sur la terre au centre de la chambre B afin que la mèche attachée à la chambre C y soit suspendue. Si la cartouche de la pellicule ne peut pas être insérée entre la chambre C et la terre, taillez-la avec des ciseaux. C'est votre collecteur de pluie.
5. Une fois que les plantes ont germé... Replacez la chambre C dans la chambre B et remplissez la chambre C d'eau glacée.
6. Les élèves sont prêts à dessiner la colonne du cycle d'eau et à commencer à remplir leurs feuilles d'observations (Feuilles d'observation n^o 1 and Feuilles d'observation n^o 2). Votre colonne de cycle d'eau devrait ressembler à ce dessin :

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Journal d'une molécule d'eau

4^e, 5^e et 6^e années – Français, sciences, sciences humaines, arts

But

Les élèves traceront la trajectoire d'une molécule d'eau à travers le cycle hydrologique en rédigeant une histoire à propos d'une molécule.

L'eau est le liquide le plus abondant dans le monde. Elle est constante également – nous avons la même quantité d'eau sur cette planète aujourd'hui qu'il y a des millions d'années! L'eau évolue constamment à travers le cycle hydrologique – par l'évaporation, la transpiration, la condensation, la percolation et la précipitation. L'eau que nous buvons aujourd'hui aurait pu faire partie de l'océan lorsque Port Royal a été établi, ou elle aurait pu faire partie du bain d'un dinosaure.

Matériel

• feuilles de papier
• crayons ou stylos

Procédé

Il serait peut-être bon pour créer une ambiance de faire jouer de la musique instrumentale ou symphonique de fond portant sur l'eau (musique douce) pendant que les élèves rédigent.

Dites aux élèves de s'imaginer qu'ils sont une goutte d'eau. Ils doivent raconter leur vie comme s'ils étaient une molécule d'eau. La rédaction peut prendre la forme d'un journal décrivant leur expérience passée; une histoire de science-fiction sur les expériences de cette molécule au XXIV^e siècle; une description du sentiment de faire partie de l'océan Atlantique, ou d'un orage ou d'un flocon de neige … Encouragez les élèves à donner libre cours à leur imagination.

Prévoyez au moins 15 minutes pour leur permettre de rédiger leur histoire et une autre période si vous voulez qu'ils l'illustrent. Vous voudrez peut-être leur accorder quelques périodes pendant la semaine afin qu'ils puissent terminer leur histoire (ils passeront tout simplement la première période à décider de quel aspect de l'eau ils veulent parler et à jeter sur papier les points saillants pertinents à inclure dans leur rédaction).

Extension

Utilisez les histoires et le dessin créé dans un tableau d'affichage sur le cycle d'eau.

Les élèves créatifs pourraient vouloir écrire et présenter une pièce sur une molécule d'eau pour les jeunes élèves de l'école.

Certains élèves plus audacieux pourraient lire leurs travaux à la classe ou à d'autres classes et d'autres niveaux.

Mettez les rédactions dans un Livre d'eau.

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L'humidité de notre planète

6^e année – Mathématiques, sciences

But

Les élèves pourront décrire la quantité et la distribution de l'eau sur la terre dans les océans, les rivières, les lacs, l'eau souterraine, les calottes glaciaires et l'atmosphère; les élèves tireront des conclusions sur l'importance de l'utilisation responsable de l'eau.

La Terre a été appelée la planète d'eau. L'eau représente entre deux tiers et trois quarts de sa surface. L'eau de la Terre se trouve dans les rivières, les étangs, les lacs, les océans. Elle est aussi piégée dans les calottes glaciaires du sud et du nord, et se déplace dans l'air sous forme de nuage. L'eau qui s'est infiltrée dans la croûte terrestre (eau souterraine) est plus difficile à voir, pourtant toutes les formes d'eau font partie d'un écoulement interrelié dynamique que nous appelons le cycle d'eau.

Chaque segment du cycle d'eau partage une partie de la quantité totale de l'eau sur la planète. Les élèves ont tendance à croire que les ressources d'eau sont illimitées. Pourtant de simples calculs indiqueront que la quantité d'eau sur la Terre est limitée. Les scientifiques pensent que l'eau qui se trouve sur la Terre maintenant existe depuis l'époque des dinosaures et constitue la totalité de l'eau dont nous disposerons à l'avenir. La quantité d'eau qui est disponible pour les humains et la faune dépend grandement du maintien de sa qualité. Les êtres humains doivent agir, individuellement et collectivement, comme gestionnaires de cette ressource essentielle, pour conserver l'eau, l'utiliser de façon responsable et maintenir sa qualité.

Cette activité a pour but de permettre aux élèves de comprendre la fragilité de la ressource en eau.

Matériel

• grande mappemonde
• globe (un globe montrant le fond de l'océan)
• aquarium
• crayons/stylos
• calculatrices
• tasse à mesurer
• contenant de 2 litres par groupe de trois élèves
• cuillérée à soupe à mesurer (avec millimètres) par groupe de trois élèves

Procédé

1. À l'aide d'une carte de la Terre, entamez une discussion sur la quantité d'eau présente sur la planète. Demandez aux élèves de dire pourquoi la Terre est appelée « la planète d'eau ». Attirez leur attention sur les statistiques suivantes : entre deux tiers et trois quarts de la surface de la Terre est recouverte d'eau. Après la discussion générale, fournissez les pourcentages suivants aux élèves :
   
   Eau sur la Terre
   Océans – 96,5 %
   Toutes les calottes glaciaires et les glaciers – 1,7 %
   Eau souterraine – 1,6 %
   Lacs d'eau douce – 0,007 %
   Mers intérieures et lacs salés – 0,006 %
   Atmosphère – 0,001 %
   Toutes les rivières – 0,0002 %
   Total – 99,8132 %
   
   
2. Discutez des pourcentages relatifs. Effectuez les calculs ou demandez aux élèves de calculer la quantité approximative de l'eau qui pourrait être disponible pour la consommation humaine.
   
   Eau disponible pour la consommation humaine
   Eau souterraine – 1,6%
   Lacs d'eau douce – 0,007%
   Rivières – 0,0002%
   Total – 1,6072%
   Ajout des calottes glaciaires et des glaciers – 1,7%
   Total – 3,3072%
   
   
3. Discutez de ces chiffres, en faisant ressortir que la pollution et la contamination peuvent réduire le pourcentage utilisable de l'eau douce existante. L'eau souterraine n'est pas entièrement disponible et les calottes glaciaires ne sont pas facilement et rapidement disponibles. Discutez des besoins des êtres humains en eau douce utilisable. Demandez aux élèves de penser aux autres êtres vivants qui ont besoin d'eau salée et d'eau douce.
   
   
4. Montrez aux élèves 5 gallons (23 litres) d'eau dans un aquarium. Dites-leur combien d'eau contient l'aquarium. Fournissez la quantité suivante : 5 gallons = 1 280 cuillerées à soupe.
   
   
5. Demandez aux élèves de s'imaginer que les cinq gallons représentent toute l'eau de la Terre. Calculez ou demandez aux élèves de calculer le volume de toutes les autres quantités sur la liste du pourcentage d'eau. Il faudra utiliser des décimales. Dites aux élèves que pour multiplier, toutes les places décimales doivent être déplacées de deux places à gauche afin que 97,2 % devienne 0,972 avant qu'ils multiplient. Par exemple, 0,972 x 1 290 cuillerées à soupe = 1 244,16 cuillerées à soupe.
   
   
6. Dès que les valeurs sont obtenues, demandez aux élèves de calculer le volume d'eau autre que l'eau de l'océan (il s'agit d'environ 34 cuillerées à soupe). Demandez-leur de se diviser en équipe de trois et, de mettre 34 cuillerées à soupe d'eau dans un contenant qu'ils apportent à leur lieu de travail.
   
   
7. À leur lieu de travail, demandez aux élèves d'enlever la quantité d'eau que représentent tous les lacs et les rivières d'eau douce (il s'agit de 0,11 cuillerées à table, environ un dixième d'une cuillerée à soupe). C'est moins qu'une goutte. Discutez des proportions relatives avec les élèves.
   
   
8. Pensez à la nature fragile de l'eau douce, des terres humides et des océans de notre planète. Discutez de la façon dont toutes les espèces dépendent de cet infime pourcentage d'eau pour leur survie. Résumez l'activité en utilisant un globe terrestre pour illustrer que si la Terre était de cette dimension - la taille du globe – moins d'une demi-tasse (8 cuillerées à soupe d'eau) suffirait pour remplir tous les océans, rivières, lacs et calottes glaciaires. Également, faites ressortir l'importance de garder l'eau de la Terre propre et salubre et d'utiliser l'eau avec sagesse et de façon responsable.

Extension

Demandez aux élèves d'estimer le pourcentage de l'eau qui est répartie dans chacune des régions de notre planète : océans, rivières, lacs d'eau douce, mers intérieures, lacs d'eau salée, eau souterraine, calottes glaciaires, glaciers et atmosphère. Pourquoi est-il important que les humains utilisent l'eau de façon responsable?

Créez une peinture murale du cycle d'eau qui illustre graphiquement les statistiques qui représentent la quantité relative de l'eau dans chaque composante du cycle. Calculez la quantité de la pollution qui pénètre dans nos cours d'eau chaque année. L'almanach Information Please et l'almanach Cousteau sont d'excellentes ressources pour cette information.

Calculez la taille d'un modèle de la terre qui accueillerait toute l'eau dans l'aquarium utilisé dans la démonstration.

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Nota :

1. Statistique 1982.
2. Statistique 1992.
3. Extrait du Guide de l'enseignant pour le film IMAX « The Living Sea ».
4. Il existe une mine semblable à Pugwash en Nouvelle-Écosse.

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