Suggestions pour un enseignement stratégique
Qualité de l'eau du lac Winnipeg
Objectif
Les stratégies d'enseignement qui suivent visent à approfondir les connaissances des élèves au sujet de la qualité de l'eau et à soutenir l'examen continu des problèmes liés au lac Winnipeg par les élèves.
Cibles
8-4-15, 8-4-16, 8-4-17, 8-4-18, résultats d'apprentissage ciblés du regroupement 0.
Description des stratégies d'enseignement et d'apprentissage
Quel est le niveau de propreté de notre eau?
Pour se sensibiliser davantage à l'état des masses d'eau locales, les élèves peuvent bénéficier d'une analyse pratique de l'eau. Ils peuvent vérifier les effets de nombreux paramètres et procéder en classe à des analyses d'échantillons d'eau ou faire une visite sur le terrain pour collecter des échantillons d'eau et procéder à diverses analyses. Ces dernières doivent viser des échantillons locaux, ce qui peut aider les élèves à comprendre l'importance de la qualité de l'eau et sa pertinence dans leur vie. Les analyses peuvent viser aussi des échantillons de l'eau du lac Winnipeg, selon la possibilité d'organiser une visite sur le terrain ou de demander à l'enseignant de se rendre au lac pour prélever des échantillons et les rapporter en classe. Les paragraphes qui suivent décrivent des paramètres qu'on peut vérifier pour évaluer la qualité de l'eau.
Turbidité
La turbidité est une indication de la limpidité ou de l'obscurité de l'eau. Si l'eau est claire, sa turbidité est faible, tandis que si elle est trouble, sa turbidité est élevée. Toutefois, une eau claire ne signifie pas nécessairement qu'elle est propre. Elle peut être trop acide ou trop contaminée pour permettre la croissance des plantes et d'autres organismes. Elle peut également contenir trop peu d'oxygène dissous. Par contre, un niveau de turbidité élevé peut indiquer la présence de certains problèmes.
Une turbidité élevée peut signifier qu'une masse d'eau subit de l'érosion et contient une grande quantité de particules. La turbidité peut accroître la température de l'eau parce que les particules en suspension dans l'eau absorbent la chaleur du soleil. Les particules bloquent aussi les rayons du soleil; c'est pourquoi l'activité photosynthétique des plantes est moins efficace et elles ne peuvent pas produire autant d'oxygène. Les particules bouchent également les branchies des poissons, transportent des polluants et réduisent l'appropriation de la masse d'eau au développement et à la croissance des invertébrés aquatiques en s'accumulant sur le fond.
Une turbidité excessive peut avoir plusieurs causes, telles que la prolifération d'algues provoquée par un niveau élevé d'azote dans l'eau et les polluants que contiennent les eaux usées. La turbidité peut également varier selon les saisons et les conditions météorologiques. Le ruissellement du printemps ou des pluies torrentielles peuvent transporter des sédiments dans l'eau et accroître la turbidité.
On peut procéder à un essai de turbidité en utilisant un disque de Secchi commercial ou fait à la main. Le document Fabrication et utilisation d'un disque de Secchi (
257 Ko) offre des instructions pour fabriquer un tel disque. Les élèves peuvent comparer la turbidité d'un premier échantillon d'eau avec celle d'un deuxième échantillon provenant d'une autre source. Les élèves peuvent ensuite comparer divers échantillons et la quantité de particules sédimentaires qui se déposent finalement et formuler des hypothèses sur les causes de la turbidité de l'échantillon d'eau (exemples de réponse : sédiments provenant des champs et du ruissellement, quantité importante de végétation morte).
pH
Le pH de l'eau est une mesure qui indique si une masse d'eau est acide (p. ex., vinaigre), neutre ou alcaline (p. ex., ammoniaque). L'échelle de pH s'étend de 0 (eau très acide) à 14 (eau très alcaline). L'eau pure a un pH de 7. Les organismes aquatiques sont adaptés à une certaine valeur de pH et ne tolèrent pas très bien les variations du pH. Des facteurs tels que le genre de sol ou de roc, les chutes de pluie, la température de l'eau, la présence de produits tels que des engrais et des pesticides dans le ruissellement, les effluents des entreprises industrielles, les eaux usées et l'activité photosynthétique des plantes aquatiques et des algues peuvent tous avoir un effet sur la valeur de pH de l'eau. Cette dernière peut varier de 6 à 8,5 dans les écosystèmes d'eau douce.
On peut mesurer la valeur de pH à l'aide de bandes de papier indicateur de pH qui changent de couleur selon le pH de l'échantillon. Les bandes de papier sont comparées à un échantillon de couleur afin de déterminer le pH. On peut également mesurer le pH avec une solution indicatrice qu'on ajoute à l'eau. La couleur de l'eau est ensuite comparée à des échantillons de couleur pour déterminer le pH. Finalement, on peut aussi utiliser un pH-mètre pour déterminer le pH d'un échantillon d'eau. Certains élèves dont la résidence a une piscine, une cuve thermale ou une mare peuvent déjà avoir une certaine expérience de ce genre d'analyse.
Oxygène dissous
Les organismes aquatiques ont besoin d'oxygène pour survivre. La quantité d'oxygène présente dans une masse d'eau est un bon indicateur de la santé de l'écosystème. Si la teneur en oxygène est trop faible, les organismes aquatiques ne peuvent pas survivre. La teneur en oxygène peut parfois être trop élevée : p. ex., si l'eau est très turbulente ou si la journée est ensoleillée et que la prolifération d'algues produit une grande quantité d'oxygène par le biais de la photosynthèse. Une teneur en oxygène trop élevée peut nuire aux poissons et aux autres organismes aquatiques.
Bon nombre de facteurs ont des incidences sur la quantité d'oxygène dissous dans l'eau. De façon générale, l'eau tempérée contient plus d'oxygène que l'eau plus chaude. L'eau turbulente contient plus d'oxygène parce qu'elle entre davantage en contact avec l'oxygène de l'atmosphère. L'activité de photosynthèse des plantes aquatiques peut accroître la teneur en oxygène dissous. La teneur est donc plus élevée pendant le jour que pendant la nuit. Les déchets organiques présents dans l'eau peuvent réduire la teneur en oxygène dissous parce que les bactéries qui décomposent de tels déchets consomment de l'oxygène. La teneur en oxygène dissous est différente à divers niveaux de profondeur dans une masse d'eau lorsque la température de l'eau varie considérablement.
On peut mesurer l'oxygène dissous en utilisant des trousses ou des sondes conçues à cette fin. On mesure habituellement sa teneur en parties par million (ppm) ou en pourcentage. On considère qu'une teneur en oxygène dissous de 9 à 10 ppm est bonne pour l'eau douce. Si la teneur n'est que de 4 ppm, certaines populations de poissons et d'invertébrés commencent à décliner. Dans un lac, un taux de saturation de 70 % est habituellement un pourcentage acceptable. Le pourcentage de saturation est une comparaison entre la teneur en oxygène d'un litre d'un échantillon d'eau et la quantité maximale d'oxygène qui peut être dissoute dans un litre d'eau à une température donnée. Si le pourcentage de saturation chute à moins de 60 % ou est supérieur à 125 %, les organismes aquatiques ont des problèmes de survie.
Coliformes
Les coliformes sont un groupe de bactéries qui vivent partout dans notre environnement, y compris dans l'organisme humain. Les coliformes fécaux sont un groupe de bactéries qui proviennent du tube digestif des animaux à sang chaud, y compris la sauvagine et les humains. Le membre le plus courant de ce dernier groupe est Escherichia coli, connu plus couramment sous le nom E. coli. Les coliformes fécaux ne causent normalement pas eux-mêmes des maladies, mais lorsqu'ils sont présents en grand nombre, ils sont souvent associés à d'autres organismes pathogènes nocifs. On les connaît donc comme des « bactéries indicatrices ». La présence de coliformes dans l'eau indique que l'eau peut être contaminée par des eaux usées ou d'autres déchets organiques. L'analyse de l'eau pour déceler les bactéries pathogènes est difficile et exige beaucoup de temps. Toutefois, il est relativement facile de vérifier la présence de coliformes dans l'eau.
Au Manitoba, le nombre maximum autorisé de bactéries indicatrices dans l'eau destinée aux loisirs est de 200 E. coli par 100 millilitres d'échantillon. Pour l'eau potable, le nombre maximum autorisé est de 0 colonie d'E. coli par 100 millilitres d'échantillon.
On peut vérifier la présence des coliformes en utilisant des trousses conçues à cette fin. Les trousses permettent habituellement d'analyser un échantillon d'eau pour déterminer la population totale de coliformes.
Température
La température d'une masse d'eau a des incidences sur les genres d'organismes qui peuvent y vivre. La température a également des incidences sur la quantité d'oxygène qui peut être dissoute dans l'eau. Une hausse de la température peut accélérer la croissance et la décomposition des plantes, ainsi que la croissance et la reproduction des bactéries. Les variations de température ont également une influence sur des événements tels que la métamorphose des larves d'insecte et la ponte des œufs par les poissons. La température d'une masse d'eau varie tout au cours de l'année et même au cours de la même journée, mais toute modification importante (plus d'un ou de deux degrés) au cours d'une courte période de temps peut être nocive pour les organismes aquatiques. Une turbidité élevée peut accroître la température de l'eau, tout comme les eaux usées des entreprises industrielles.
L'analyse de la température d'une masse d'eau peut aider à prévoir ou à confirmer l'état de l'eau. Il est préférable de prendre la température de l'eau sur le terrain pour obtenir un relevé exact.
Phosphates
Le phosphore est une substance nutritive qu'on trouve dans l'eau sous la forme de phosphates. Il est présent naturellement dans le sol et le roc, mais il peut aussi être présent dans les sources d'eau en raison de l'activité humaine. Les phosphates sont des composants des engrais et de nombreux produits de nettoyage et ils peuvent se retrouver dans l'eau en raison du ruissellement et de l'évacuation des eaux usées. Les phosphates stimulent la croissance des plantes. Aussi, lorsque la teneur en phosphates est élevée, cela peut causer une prolifération d'algues qui peut réduire la quantité d'oxygène dissous dans une masse d'eau lorsque les algues meurent et se décomposent. Certaines espèces d'algues peuvent aussi produire des toxines qui peuvent causer des problèmes de santé chez les animaux et les humains.
On peut mesurer la teneur en phosphates dans une masse d'eau en utilisant une trousse d'analyse, qu'on peut acheter à la plupart des fournisseurs de produits scientifiques. Même de petites augmentations de la teneur en phosphates peuvent avoir des incidences importantes sur les écosystèmes.
Nitrates
L'azote est le principal élément constitutif de notre atmosphère et un élément nécessaire pour la croissance des plantes. L'azote n'est pas utilisé par les plantes sous sa forme gazeuse, mais plutôt sous forme de nitrates ou d'ammoniaque. Les nitrates sont présents naturellement dans le sol, le roc et la végétation, mais on les trouve également dans les déchets d'origine animale et les eaux usées sanitaires, la végétation et les animaux en décomposition, ainsi que les engrais. Les nitrates peuvent se retrouver dans l'eau en raison du ruissellement et de l'évacuation des eaux usées. De fortes teneurs en nitrates peuvent contribuer à la prolifération d'algues.
On peut mesurer la teneur en nitrates dans une masse d'eau en utilisant une trousse d'analyse, qu'on peut acheter à la plupart des fournisseurs de produits scientifiques.
Ressources suggérées
- J'adopte un cours d'eau (communiquer avec bef@gov.mb.ca pour de l'information à ce sujet)
- Water Quality Testing Manual for Middle Schools and High Schools (site anglais)
On peut acheter des trousses d'analyse de l'eau à bon nombre de fournisseurs de produits scientifiques. Les trousses vont des produits très peu coûteux et faciles à utiliser aux trousses plus exactes et coûteuses. On peut aussi obtenir des trousses d'analyse de l'eau en visitant le site Web de la Safe Drinking Water Foundation et en cliquant sur « Éducation ».
Réfléchir à l'évaluation
Les enseignants peuvent observer et écouter les élèves pendant qu'ils procèdent à leurs activités pratiques. Selon les résultats d'apprentissage ciblés du regroupement 0, les enseignants peuvent observer les élèves pendant qu'ils procèdent à leurs investigations scientifiques. Posent-ils des questions? Travaillent-ils en collaboration pour mettre en œuvre leur plan? Utilisent-ils le matériel en toute sécurité? Les enseignants peuvent écouter les élèves pendant leur investigation. Discutent-ils de leurs observations et font-ils des liens avec ce qu'ils ont appris sur la santé des écosystèmes lacustres?
