Enquête sur les sels de voirie et la conductivité

Résumé

Dans cette leçon, les jeunes exploreront l'impact du sel de voirie sur la qualité de l'eau en utilisant la conductivité comme indicateur précoce de pollution. Grâce à des observations qualitatives et des tests de conductivité, ils étudieront leur environnement local et identifieront les sources potentielles de pollution. Nous avons également des suggestions d'enrichissement qui permettent de développer les compétences en analyse de données et incitent à la sensibilisation aux effets négatifs du sel de voirie sur les plans d'eau!

Toutes nos leçons sont conçues en deux parties: une composante en classe et une composante sur le terrain. Vous pouvez choisir de suivre les leçons successivement sur plusieurs jours, à un moment qui vous convient, ou d'enseigner l'une ou l'autre partie de manière indépendante. Les leçons sont présentées sous forme d'activités en petits groupes pour faciliter et encourager la participation active. Au bas de la page, vous trouverez une section sur les connexions entre l'océan et le monde réel ainsi qu'un glossaire de termes.

Années d'étude recommandées

Cette activité est recommandée les jeunes de la 10e à 12e années. Nous avons inclus des trucs et astuces pour adapter l'activité à un large éventail d'élèves tout au long de la leçon.

Résultats d'apprentissage

• Identifier la conductivité comme un indicateur précoce de pollution dans les plans d’eau.
• Explorez l’impact des sels de voirie sur la qualité de l’eau.
• Évaluez comment les facteurs environnementaux bâtis et naturels influencent les valeurs de conductivité.
• Mesurez la conductivité et le chlorure dans les échantillons d'eau à l'aide d'outils scientifiques.
• Collaborer en groupes pour recueillir et analyser les données liées à la contamination par les sels de voirie.
• Recommandez des moyens d’atténuer les impacts négatifs de l’utilisation du sel de voirie dans votre communauté.

Contexte

Qu'est-ce que la conductivité?

La conductivité mesure la capacité de l'eau à transporter un courant électrique. Elle nous renseigne sur la présence de substances dans l'eau. Certaines substances, appelées composés ioniques, comme le chlorure, le nitrate, le sulfate, le sodium, le magnésium, le calcium ou le fer, peuvent se dissoudre dans l'eau et contribuer à sa conductivité. Plus il y a de substances dissoutes, plus la conductivité est élevée.

Comment utiliser le conductimètre de Water Ranger

Dans cette vidéo, vous apprendrez ce qu'est la conductivité et comment la tester à l'aide du conductimètre Water Rangers. La vidéo du haut est en anglais et celle du bas est en français.

Pourquoi la conductivité est-elle importante ?

La conductivité est un moyen important de vérifier la qualité de l'eau. Chaque plan d’eau a son propre niveau de conductivité, nous pouvons donc l’utiliser comme référence pour comparer les changements. S’il y a de grands changements dans la conductivité, cela pourrait signifier qu’il y a de la pollution dans l’eau. Nous pouvons utiliser la conductivité pour savoir si quelque chose de nocif a pénétré dans l’eau, comme de la pollution provenant d’usines ou d’autres sources.

Qu'est-ce que le chlorure ?

Le chlorure est une sorte de substance qui a une charge négative car elle se forme lorsque le chlore gagne un électron supplémentaire. On le trouve souvent dans les sels qui peuvent se dissoudre dans l’eau, comme les sels de voirie. Les plans d'eau naturels contiennent des quantités différentes de chlorure en raison des roches et du sol qui les entourent, mais les activités humaines comme l'agriculture, les usines et l'utilisation de sels de voirie peuvent faire augmenter les niveaux de chlorure. Les tests de chlorure peuvent montrer s'il y a de la pollution dans l'eau. Des niveaux élevés de chlorure peuvent nuire aux plantes et aux animaux qui vivent dans l'eau.

Comment utiliser les bandelettes de chlorure de Water Rangers

Dans cette vidéo, vous apprendrez à mesurer le chlorure à l'aide des bandelettes de chlorure Water Rangers. La vidéo du haut est en anglais et celle du bas est en français.

Que sont les sels de voirie?

Les sels de voirie sont des substances utilisées pour faire fondre la glace sur les routes en hiver. Ils sont principalement composés de chlorure de sodium (sel de table), de chlorure de calcium et de chlorure de magnésium. Les sels de voirie contribuent à rendre les routes plus sûres en les empêchant d'être glissantes.

Quel est l’impact des sels de voirie sur l’environnement ?

Lorsqu’il fait plus chaud, les sels de voirie se dissolvent et s’écoulent dans les rivières et les lacs voisins par ruissellement. Cela fait que l'eau contient davantage de certaines substances, ce qui affecte sa conductivité. Ce changement dans l’eau peut nuire à l’environnement de différentes manières. Cela peut nuire aux plantes et aux animaux qui dépendent de l’eau. Cela peut également endommager les routes et les véhicules, et peut même constituer un problème de santé pour les personnes.

Dépistage des sels de voirie dans votre communauté

Est-ce qu'il a neigé récemment là où vous habitez ? Parfait! C'est le moment d'organiser une superbe activité en classe dans la neige pour démontrer l'impact des sels de voirie sur la conductivité et vos écosystèmes locaux.

Lieu: Dans la classe

Durée: 45 minutes

Objectif: Étudier l'impact des sels de voirie sur la qualité de l'eau en testant la conductivité et les niveaux de chlorure d'échantillons de neige prélevés à divers endroits et analyser les corrélations entre les observations qualitatives et les mesures quantitatives.

Nous recommandons des groupes de 5 étudiants maximum pour cette activité. 

Matériaux nécessaires

• Conductimètres Water Rangers
• Petits récipients avec couvercles (par exemple récipients alimentaires, bouteilles)
• Échantillons de neige (de la maison et/ou de l'école)
• Carnets ou fiches d'observation
• Bandelettes de test de chlorure Water Rangers (en option pour des mesures supplémentaires)
• Serviettes en tissu

Préparation

• Encouragez au moins 3 élèves par groupe à apporter des échantillons de neige de la maison dans de petits contenants munis de couvercles. Ce n'est pas grave si ça fond!
• Les élèves peuvent faire preuve de créativité quant à l’endroit où ils prélèvent leur échantillon et doivent noter les observations de la zone dans laquelle la neige a été collectée.
• Si les élèves ne peuvent pas apporter un échantillon de neige de chez eux, ils peuvent prélever un échantillon de neige à l'école.

Étapes

1. Collecte d'un échantillon de contrôle et d'un échantillon de neige à l'école

• Demandez à un élève de chaque groupe de prélever un échantillon de neige à un endroit approuvé sur le terrain de l'école, afin d'assurer sa sécurité.
• Insistez sur l’importance d’observer la zone où l’échantillon de neige est collecté.
• Demandez à chaque groupe de prélever un échantillon d’eau du robinet comme échantillon de contrôle.

2. Enregistrement des observations qualitatives

• Demandez à chaque élève de décrire où il a prélevé son échantillon de neige et de noter ses observations qualitatives sur sa feuille d'observation, en notant des facteurs comme la proximité des routes ou des zones industrielles.
• Insistez sur le rôle des observations qualitatives dans la compréhension des sources potentielles de pollution.

3. Tester la conductivité

• Distribuez les conductimètres à chaque groupe.
• Pour utiliser le conductimètre:
  • Allumez le en appuyant une fois rapidement sur le bouton du haut.
  • Trempez le lecteur dans l'échantillon, en évitant de submerger l'ensemble de l'appareil.
  • Faites glisser légèrement le compteur dans l'eau jusqu'à ce que les deux valeurs sur le compteur se stabilisent.
  • Demandez aux élèves d’enregistrer les valeurs de conductivité de chaque échantillon.
  • Rappelez aux élèves de sécher le lecteur avec une serviette avant de tester chaque échantillon pour garantir l’exactitude.
  • Remarque: la conductivité est mesurée en microSiemens par centimètre (µS/cm). Si vous obtenez une valeur décimale (par exemple 1.3), il faut la multiplier par 1,000 1,300 pour la convertir en microSiemens (3,999 XNUMX). Si le conductimètre affiche un message d'erreur (ERR), cela signifie probablement que la conductivité de l'échantillon est supérieure à ce que le conductimètre peut mesurer (XNUMX XNUMX microSiemens par centimètre).

4. Test de chlorure (facultatif)

• Distribuez les bandelettes de test de chlorure à chaque groupe.
• Expliquez aux élèves comment utiliser les bandelettes de chlorure:
  • Assurez-vous d’avoir les mains sèches lors de la manipulation des bandelettes.
  • Trempez la bandelette dans l'échantillon jusqu'à la ligne indiquée.
  • Attendez environ 3 minutes jusqu'à ce que la bande orange en haut devienne noire.
  • Lisez le niveau de chlorure sur la ligne blanche et comparez-le au tableau comparateur fourni.
  • Les résultats des tests de chlorure sont enregistrés en parties par million (ppm).

5. Comparaison et discussion

• Réunissez les groupes pour discuter de leurs conclusions.
• Demandez à chaque groupe de partager ses observations, ses mesures de conductivité et de chlorure, ainsi que les corrélations qu'il remarque.
• Animez une discussion en classe sur l’impact du sel de voirie et le cycle de l’eau, en reliant les points de collecte des échantillons de neige aux sources possibles de contamination par le sel de voirie.
• Encouragez les élèves à réfléchir à la manière dont le sel de voirie se retrouve dans les plans d’eau par ruissellement, à l’évacuation des eaux souterraines et à son impact sur l’environnement.

Questions de discussion

• Comment vos observations qualitatives étaient-elles en corrélation avec les mesures de conductivité et de chlorure? Y a-t-il eu des surprises?
• D’après vos résultats, comment pouvez-vous vous attendre à ce que l’eau d’un ruisseau dans une zone avec de nombreuses routes se compare à l’eau d’un ruisseau dans une zone comme une forêt sans route?
• Comment les individus peuvent-ils trouver un équilibre entre la nécessité d’entretenir des routes sécuritaires et la responsabilité de minimiser ses effets négatifs sur l’environnement et le bien-être de la communauté?

Les sels de voirie ne se contentent pas de rester sur les routes mais peuvent emprunter différents chemins. Après avoir été répandus sur les routes, ils peuvent se déverser dans les ruisseaux, les fossés et les ponceaux à proximité, augmentant ainsi le niveau de sel dans ces plans d'eau. Des études montrent qu’ils s’accumulent dans les sols à proximité des routes, dans les eaux souterraines et dans les couches boueuses au fond des lacs et des zones humides. Ils peuvent aller directement dans les ruisseaux ou les rivières, longer les rivières jusqu'à la mer, s'installer dans différentes couches d'eau de lac ou se déplacer directement dans les roches souterraines profondes. Connaître ces chemins nous aide à comprendre l’impact du sel de voirie sur l’environnement à long terme. Découvrez ce que font les chercheurs de l’Université Western pour lutter contre les sels de voirie.

Suggestions d'enrichissement

Cartographie des observations des élèves à l'aide de Google Maps

• Utilisez Google Maps pour cartographier les observations en classe et les endroits où des échantillons de neige ont été collectés :
  • Cliquez sur Mes cartes Google et créez une nouvelle carte.
  • Donnez à votre carte un titre et une description de l’activité en classe.
  • Cliquez sur « Ajouter une couche » pour créer une nouvelle couche pour les emplacements des échantillons de neige.
  • Nommez la couche (par exemple, emplacements des échantillons de neige).
  • Cliquez sur Base Map pour modifier la carte de référence. « Satellite » est idéal pour observer l'activité industrielle et « Dark Landmass » donne un bon aperçu des plans d'eau à proximité !
• Chaque groupe peut choisir un ou deux emplacements d’échantillons de neige à épingler sur la carte.
  • Donnez à chaque groupe accès au plan de la classe.
  • Demandez à chaque groupe de localiser l’emplacement d’échantillonnage qu’il a choisi sur la carte.
  • Cliquez sur le bouton « Ajouter un marqueur » dans la barre d'outils de la carte.
  • Cliquez sur l'endroit où l'échantillon a été collecté pour déposer une épingle.
  • Ajoutez un titre à l'épingle (par exemple, échantillon de neige du groupe 1).
  • Ajoutez les mesures de conductivité et de chlorure enregistrées, ainsi que toute description de l'emplacement dans les notes. 
  • Enregistrez l'épingle dans le calque « Emplacements des échantillons de neige ».
  • Répétez ce processus pour l'emplacement choisi par chaque groupe.
• Analyser les modèles et les tendances :
  • Une fois que tous les emplacements des échantillons de neige ont été ajoutés à la carte, animez une discussion en classe sur les modèles et les tendances observés.
  • Utilisez les catégories prédéfinies pour les observations et les notes/descriptions ajoutées aux épingles pour guider la discussion.
  • Encouragez les élèves à rechercher des corrélations entre les emplacements des échantillons, les observations qualitatives et les mesures de conductivité et de chlorure.
  • Discutez de tout modèle ou tendance qui émerge, comme une conductivité plus élevée ou des niveaux de chlorure plus élevés dans les échantillons prélevés à proximité des routes ou des zones à forte activité humaine.
  • Explorez l'impact de différents facteurs sur la qualité de l'eau en fonction des données et des observations collectées.

Cartographie du cycle de l'eau des emplacements d'échantillonnage à l'aide de River Runner (en anglais)

• Demandez aux élèves de créer une carte ou un diagramme illustrant le cycle de l’eau à partir des points de collecte de leurs échantillons de neige.
• Encouragez les élèves à inclure des éléments tels que les chutes de neige, l’épandage de sel de voirie, les types de ruissellement et l’écoulement éventuel de l’eau dans les plans d’eau.
• Offrez aux élèves la possibilité d’utiliser une carte interactive montrant la trajectoire d’une goutte de pluie n’importe où dans le monde. Cette carte interactive est accessible à l'adresse suivante: River Runner
• Remarque: La carte interactive fonctionne mieux pour les États-Unis, mais peut être explorée dans le monde entier.

Tester la conductivité dans un plan d'eau local

Lieu: Sur le terrain au bord d'un plan d'eau

Durée: 45 minutes

Objectif: Effectuer des observations physiques dans l'environnement extérieur et se renseigner sur la contamination par les sels de voirie en prédisant puis en mesurant la conductivité et les niveaux de chlorure dans un plan d'eau local.

Groupes: Nous recommandons des groupes de 5 étudiants maximum pour cette activité.

Référez-vous toujours aux conseils de sécurité contenus dans le guide de l'éducateur, ainsi qu'à notre guide pour choisir un un emplacement de test et générale conseils pour choisir un emplacement d'échantillonnage lors des tests en extérieur.

Étapes

1. Observations

• Demandez à chaque groupe d’observer son environnement, en se concentrant sur les sources potentielles de pollution comme la contamination par le sel de voirie.
  • Que voient-ils/remarquent-ils?
  • Quels sons entendent-ils?
  • Que sentent-ils?  
• Encouragez-les à noter les zones à proximité des routes, des stationnements, des trottoirs, où du sel de voirie peut avoir été appliqué, ainsi que les drains et les canalisations d'égouts. 
• Invites d'observation:
  • Y a-t-il des signes visibles d'un traitement récent de la neige ou de la glace avec du sel de voirie? 
  • S'agit-il d'une zone proche de routes ou d'un trafic à forte densité?
• Ces observations serviront d’indices pour prédire la conductivité et les niveaux de chlorure. 

2. Prédiction

• Sur la base de leurs observations physiques, demandez à chaque groupe de faire des prédictions sur la conductivité et les niveaux de chlorure de l'eau. Pensent-ils que l’environnement est plus susceptible d’avoir une conductivité et des niveaux de chlorure faibles ou élevés en raison de l’utilisation de sel de déneigement? 
• Demandez-leur de justifier leurs prédictions.

3. Collecte d'un échantillon et test de conductivité

• Distribuez les bâtons d'atteinte, les tasses à échantillons et les conductimètres à chaque groupe.
• Pour tester la conductivité :
  • Allumez le conductimètre en appuyant rapidement sur le bouton du haut.
  • Trempez le dans l'eau. Maintenez-le dans l'eau jusqu'à ce que les valeurs se stabilisent.
  • Lisez les mesures. La valeur de conductivité est la plus grande en haut et est enregistrée en microSiemens par centimètre (µS/cm). Si vous obtenez une valeur décimale (par exemple 1,000), il faut la multiplier par 3,999 XNUMX pour la convertir en microSiemens (XNUMX XNUMX). Si le conductimètre affiche un message d'erreur (ERR), cela signifie probablement que la conductivité de l'échantillon est supérieure à ce que le conductimètre peut mesurer (XNUMX XNUMX microSiemens par centimètre).

4. Test de chlorure

• Distribuez les bandelettes de chlorure à chaque groupe.
• Assurez-vous que les élèves ont les mains sèches lorsqu’ils utilisent les bandelettes.
• La bande orange en haut de la bandelette réactive deviendra noire une fois le test terminé (environ 3 minutes).
• La ligne blanche qui monte sur la bandelette indiquera le niveau de chlorure de votre échantillon.
• Prenez la lecture de la ligne la plus proche du blanc et comparez-la au graphique sur votre bouteille d'échantillon.
• Enregistrez vos résultats en parties par million (ppm).

4. Réflexion et discussion

• Après les tests, donnez à chaque groupe le temps de réfléchir à ses prédictions et de les comparer aux résultats réels de conductivité et de chlorure.
• Animez une discussion en classe où les groupes peuvent partager leurs observations, leurs prédictions et leurs résultats de tests. Discutez des surprises ou des tendances observées si différentes zones de l'eau ont été testées.
• Insistez sur le lien entre l’application de sel de voirie, l’augmentation de la conductivité et les niveaux de chlorure dans l’environnement. Discutez de l’impact potentiel sur les écosystèmes locaux et les plans d’eau.

Questions de discussion

• Comment vos observations qualitatives étaient-elles en corrélation avec les mesures de conductivité et de chlorure? Y a-t-il eu des surprises?
• Selon vous, quels facteurs ont influencé la présence ou l’absence de sels de voirie? La période de l'année à laquelle vous effectuez le test, l'emplacement, les tendances saisonnières générales, etc. peuvent tous affecter le fait que vos valeurs soient supérieures ou inférieures. 

Suggestions d'enrichissement

Recherche et sensibilisation communautaire

• Mettez les élèves au défi de sensibiliser l’opinion publique à l’impact environnemental des sels de voirie dans leur communauté.
• Encourager la recherche sur des méthodes alternatives aux sels de voirie, en explorant les avantages et les inconvénients.
• Questions de discussion:
  • Quels sont les avantages et les inconvénients potentiels des méthodes alternatives aux sels de voirie pour la sécurité routière et la préservation de l’environnement?
  • Comment les communautés peuvent-elles trouver un équilibre entre assurer la sécurité routière et participer activement à la protection de l’environnement?
  • Quelle est l’approche de votre municipalité en matière de dégivrage? Sont-ils conscients de l’impact des sels de voirie? Comment les étudiants peuvent-ils s’engager auprès des autorités locales ou des groupes communautaires pour promouvoir des pratiques durables d’entretien des routes hivernales?

Étude de terrain étendue

• Demandez aux étudiants de mener une étude de terrain plus approfondie, en mesurant la conductivité et les niveaux de chlorure à divers endroits sur une période prolongée.
  • Encouragez la tenue de registres détaillés et l’identification de tendances.
• Questions de discussion:
  • Quelles variations de conductivité et de niveaux de chlorure avez-vous observées au fil du temps et selon les différents sites?
  • Comment les changements saisonniers ou les modèles météorologiques sont-ils en corrélation avec vos données?
  • Quels liens peuvent être établis entre vos découvertes et les activités d’entretien routier dans la région?

Liens vers le programme d'études

Consultez les liens avec les programmes d'études pour voir comment ces activités s'intègrent dans le curriculum des différentes provinces.

Glossaire

Référence: Conditions initiales utilisées comme point de référence pour la comparaison.

Acide carbonique: Un acide faible issu du dioxyde de carbone présent dans l'eau qui favorise l'érosion des roches.

Ponceaux: Structures, généralement des tuyaux ou des tunnels, utilisées pour canaliser l'eau sous les routes, les sentiers ou des obstacles similaires, permettant à l'eau de s'écouler sans perturber la surface.

Échantillon de contrôle: Un échantillon utilisé comme base de référence pour comparer avec d’autres échantillons. Dans les expériences, cela permet de comprendre les conditions initiales avant tout changement ou traitement.

Érosion: Le processus naturel de décomposition des roches, du sol et des minéraux par des éléments comme l’eau, le vent et la glace.

Eaux souterraines: Eau présente sous la surface de la Terre, dans le sol et les roches.

Observations qualitatives: Observations descriptives basées sur des qualités telles que l'apparence, l'odeur ou l'emplacement plutôt que sur des mesures précises.

Gestion des risques: Stratégies et pratiques visant à minimiser les dommages potentiels associés à une activité ou à une substance, dans ce cas-ci, l'utilisation de sel de déneigement.

Ruissellement: L’écoulement de l’eau, y compris toutes substances dissoutes, depuis des surfaces telles que les routes vers les plans d’eau à proximité.

Mer: Grande étendue d'eau salée plus petite qu'un océan et partiellement ou totalement entourée de terres. La mer est une partie cruciale de l'hydrosphère terrestre.

Sédiments: Particules qui se déposent au fond des plans d’eau et peuvent contenir de la terre, des minéraux et d’autres substances.

Tectonique: Le mouvement et la structure de la croûte terrestre.