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Activités pédagogiques

Notions de sciences
  • Science de la terre et de l'espace












Le cycle de l'eau et la formation des nuages.

L 'eau à la surface de la terre fait partie d'un cycle puisqu'elle monte de l'océan jusqu'au ciel, forme des nuages et retombe sur la terre sous forme de pluie. L'eau s'évapore des océans et de la surface de la terre, est transportée par la circulation atmosphérique sous forme de vapeur d'eau et est précipitée sous forme de pluie ou de neige. L'eau est captée par les arbres et la végétation, s'écoule à la surface du sol, s'infiltre dans le sol, recharge la nappe phréatique, s'écoule dans les ruisseaux et dans l'océan pour s'évaporer de nouveau et former des nuages. Le cycle de l'eau nécessite de l'énergie solaire et de la gravité pour accomplir ces activités.

Cycle de l'eau

Les nuages sont constitués de minuscules particules d'eau liquide ou solide qui sont en suspension dans l'atmosphère. Ils peuvent aussi comporter des particules solides provenant de vapeurs industrielles, de poussières et de fumées. Lorsque la température diminue, l'humidité de l'air augmente. Arrivé au stade de saturation à 100 % d'humidité, la condensation commence et se continue avec la baisse de température pour donner naissance aux nuages. Le phénomène de précipitation est dû à l'accroissement de la taille des éléments composant les nuages et participent au cycle de l'eau.

Il existe trois principales formes de nuages : Les Cirrus, les Cumulus et les Stratus.

  • Cirrus : nuages de haute altitude (6 000 mètres) composés de filaments blancs d'aspect fibreux. Ces nuages affaiblissent à peine l'éclat du soleil et ne provoquent habituellement pas de précipitations.
    Cirrus
  • Cumulus : nuages à développement vertical (500 mètres), en forme de choux-fleurs, aux contours bien délimités. Ce type de nuage n'empêche pas le soleil de briller car ils sont dispersés et ne masquent pas le soleil très longtemps. Ils ne provoquent pas de précipitations.
    Cumulus
  • Stratus : nuages à basse altitude (du sol à 2 000 mètres) formant une couche nuageuse, généralement grise à base assez uniforme. Ces nuages peuvent donner naissance à la bruine, aux cristaux de glace ou à la neige.
    Stratus

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La filtration de l'eau potable

L 'eau est essentielle à la survie des plantes, des animaux et des humains et elle contribue à la qualité de vie. L'eau facilite le transport des gens et des marchandises, contribue à la production d'électricité, à l'agriculture et est employée comme solvant et liquide de refroidissement. La survie des êtres vivants dépend de la disponibilité de l'eau potable, celle-ci devant être agréable à boire, claire et sans odeur.

Étant donné l'importance vitale de l'eau pour la vie, sa qualité est primordiale. Différentes sources de pollution peuvent atteindre les circuits d'eau, affecter sa composition et provoquer la nécessité de filtrer l'eau. Certains des polluants sont les chlorures, le fer, le plomb, les nitrates, l'arsenic, les pesticides et les coliformes fécaux.

L'eau souterraine est naturellement filtrée par le sable, le sol et la glaise, qui éliminent des microorganismes et certains contaminants chimiques. Cependant, la majorité des eaux potables consommées par les humains subissent un traitement physique et chimique dans une usine.

L'eau, prélevée d'un cours d'eau ou d'une nappe souterraine, est acheminée vers une usine où elle subit divers traitements :

  • réduction des matières en suspension,
  • filtration à travers une ou plusieurs couches de sable retenant les matières en suspension et les matières organiques,
  • désinfection finale par l'ajout de chlore pour l'élimination des organismes.

Filtration

La consommation d'eau non potable peut entraîner différentes maladies chez les humains. Certaines maladies gastro-intestinales, incluant une forme grave de diarrhée et une gastro-entérite, la fièvre typhoïde, l'éruption cutanée et l'infection oculaire sont des maladies possibles.
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Les caractéristiques des sols et les sortes de sol

L e sol est cette couche de " terre ", en général meuble et peu épaisse, qui recouvre presqu'en continu, une grande partie des continents. Constitué de particules minérales différentes et de débris organiques plus ou moins décomposés, les espaces dans le sol sont remplis d'air et d'eau. Les composés organiques et minéraux du sol fournissent le support et les éléments nutritifs nécessaires pour la croissance des plantes. Pour une croissance maximale, le sol doit contenir 50 % de matière minérale et organique, 25 % d'eau et 25 % d'air.

La croûte terrestre doit être détruite pour donner naissance à la roche-mère qui sera à son tour transformée pour produire le sol. Cette transformation nécessite la participation du climat, de l'action des organismes vivants et de la roche-mère ainsi que l'action du relief et du temps. Le sol est formé de plusieurs couches nommées horizons. L'horizon A contient un mélange de fragments de roches de tailles variées, d'organismes et de matières organiques en décomposition. L'horizon B contient beaucoup moins de matières organiques et les particules de glaise et les minéraux s'y accumulent. L'horizon C se compose principalement de cailloux grossiers.

Sols

La plupart des sols ne sont pas uniformes et contiennent des particules de différentes grosseurs. La texture du sol est la proportion des différentes grosseurs de particules. La texture est importante puisqu'elle influence la capacité du sol à retenir et relâcher l'eau, condition essentielle à la croissance des plantes. Les trois textures du sol ont différentes propriétés.

Propriétés du sol Sable Limon Argile
Diamètre 0,05 à 2mm 0,05 à 0,002mm Moins de 0,002mm
Aération Excellente Bonne Mauvaise
Drainage Excellent Bon Mauvais
Capacité de retenir des nutriments Faible Moyen Élevé
Capacité de retenir l'eau Faible Moyen Élevé
Maniabilité Facile Modéré Difficile

Le sol remplit quatre fonctions principales : une fonction biologique puisqu'il abrite de nombreuses espèces animales et végétales; une fonction alimentaire puisqu'il contient certains des éléments nécessaires à la vie (calcium, potassium) et les met à la disposition des plantes et des animaux, en plus de l'air et de l'eau. Le sol comporte aussi une fonction de filtre puisqu'il agit comme système épurateur qui transforme l'eau qui le traverse. De plus, le sol a une fonction " matériau " puisqu'il sert de matériau de construction, support et matériau de bâtiments, de routes, de barrages, de canaux et de poteries.
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Les utilités du sol

L e sol est une couche de terre, meuble et épaisse recouvrant une grande partie des continents. On marche sur sa surface, les plantes s'y enracinent et s'en nourrissent et de nombreux animaux y vivent. Le sol est la source de vie des humains puisqu'ils en obtiennent leur nourriture. Il sert à l'agriculture, à l'élevage des animaux, aux forêts, aux minerais, aux matériaux de construction, à l'épandage des déchets agricoles, industriels et urbains.

Le sol remplit quatre fonctions principales :

  • Une fonction biologique puisqu'il abrite de nombreuses espèces animales et végétales. De nombreux cycles biologiques se passent dans le sol.
  • Une fonction alimentaire puisqu'il contient certains des éléments nécessaires à la vie (calcium, potassium). Le sol les accumule et les met à la disposition des plantes et des animaux, en plus de l'air et de l'eau. Les humains se nourrissant de plantes et d'animaux sont totalement dépendants des sols.
  • Le sol comporte aussi une fonction de filtre puisqu'il agit comme système épurateur qui transforme l'eau qui le traverse. Le sol est un milieu poreux qui permet à l'eau de se rendre aux puits, aux rivières et aux sources.
  • De plus, le sol a une fonction de matériau puisqu'il sert de matériau de construction, de support et de matériau pour les bâtiments, les routes, les barrages, les canaux et la poterie.

L'utilisation des sols est donc primordiale au développement des sociétés et celles-ci doivent en assurer une utilisation durable. La destruction, le tassement, la diminution des activités biologiques, l'accumulation de sels toxiques et la pollution affectent les fonctions du sol et il perd sa fertilité, diminuant ainsi ses capacités agricoles.
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Les caractéristiques et les propriétés des roches

T out ce qui forme la croûte terrestre, qui n'est pas vivant ou qui n'est pas des débris non transformés de la matière vivante est une roche. Les roches sont composées d'un mélange de différents minéraux en proportions diverses. Le granite est composée de feldspar, de quartz et de hornblende. La plupart sont cohérentes (peu déformables), mais certaines sont plastiques comme l'argile, meubles comme le sable ou liquides comme le pétrole.

Granite

Il existe trois groupes de roches

Les roches éruptives ou ignées -

elles sont formées par la solidification de la matière fondue venant de l'intérieur de la terre (magma). Ces roches sont très dures et constituées de grains plus ou moins gros suivant la rapidité de leur solidification. Exemples : granite, rhyolite, basalte, diorite

Rhyolite
Quartzite  Les roches sédimentaires -

ces roches représentent environ 75 % de toutes les roches de la surface du globe. Elles proviennent de débris des roches préexistantes qui se sont accumulées dans les eaux et qui se sont solidifiées. Elles sont beaucoup moins dures que les roches ignées et ce sont celles où l'on retrouve des fossiles. Exemples : grès, calcaires
Les roches métamorphiques -

ce sont des roches ignées ou sédimentaires qui ont subi, après leur formation, des changements appréciables dans leur minéralisation ou leur texture, sous l'influence de la chaleur ou de la pression. Elles sont très dures comme les roches ignées et même s'altèrent plus difficilement qu'elles. Exemples : gneiss, schistes cristallins, quartzite, calcaires cristallins
Schiste 



Les roches peuvent agir comme combustibles pour chauffer les maisons ou comme matériaux pour la construction d'instruments en poterie. De plus, les roches peuvent participer à la fabrication de béton pour la construction de routes ou de bâtiments.

Les roches ont plusieurs propriétés qui aident à leur identification. Elles se présentent sous différentes duretés (résistance d'un minéral à une force). Le quartz a une dureté élevée tandis que celle du gypse est faible. Cependant, le diamant est le matériau le plus dur qui existe. La densité est le poids relatif d'un minéral comparé au poids d'un égal volume d'eau. Avec une densité de 2,65, le quartz est 2,65 fois plus lourd qu'une quantité d'eau du même volume. Une autre propriété est le clivage qui est la tendance de certains minéraux à se briser lorsqu'on les frappe d'un coup sec. Par exemple, le quartz ne présente aucun clivage tandis que le hornblende démontre un clivage parfait. La couleur peut agir comme propriété chez les minéraux qui ont toujours la même couleur (malachite vert, soufre jaune). Par contre, la plupart des minéraux ont de nombreuses couleurs.

Une roche peut être identifiée par la couleur du trait ou la " trace ". Le trait de la malachite est vert et celui de l'hématite noir est rouge sang. L'éclat des minéraux est le reflet de la surface causé par la réflexion de la lumière. Le quartz a un éclat vitreux, gras tandis que le bronzite a un éclat soyeux, métallique et vitreux. La transparence est la capacité d'un minéral de laisser passer la lumière. Les minéraux sont soit transparents, translucides (laissent passer une lumière affaiblie) ou opaques.

La cassure, qui est la rupture de façon irrégulière d'un minéral à la suite d'un choc ou d'une pression, est une autre propriété. Le quartz se casse dans toutes les directions. Certains minéraux attirent des objets magnétiques (ex : la magnétite), certains sont attirés par l'aimant (ex : l'hématite) et d'autres ne possède absolument pas de propriétés magnétiques (ex : le diamant).
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Les caractéristiques de l'air

L 'air est inodore, incolore et prend la forme de son contenant. L'air est composé de 21 % d'oxygène, de 78 % d'azote et de certains gaz rares. L'oxygène rend l'atmosphère respirable et l'azote est important dans l'équilibre de la nature. Il n'altère presque aucun corps avec lesquels il est en contact. Il agit comme frein sur l'oxygène, qui est instable et contribue à maintenir la vie sur la terre. L'atmosphère qui entoure la planète nous protège contre les effets néfastes des rayons cosmiques ou des météorites et tient au chaud la surface de la Terre. L'atmosphère s'étend jusqu'à plusieurs centaines de kilomètres au-dessus de nous, mais la majeure partie des gaz s'entasse dans les premiers quinze kilomètres, la troposphère.

On prend conscience de l'air quand il est sous forme de vent et se déplace. Il y a plusieurs sortes de vent : typhon, ouragan, tornade, levant (vent de l'est), bise, blizzard, brise, bourrasque. Le vent apporte la pluie, permet la pollinisation de plusieurs plantes et contribue à sculpter le paysage. Le vent se fabrique par temps ensoleillé, où l'air se réchauffe et devient moins lourd. Plus léger, l'air monte et forme une sorte de vide qui attire un air plus froid, donc plus lourd. C'est cette différence de poids qui fait le vent.

L'air occupe un espace précis, peut être compressé, se dilater et exercer une certaine pression. La pression de l'air est causée par le poids de l'air agissant sur la surface de la Terre. La pression s'exerce dans toutes les directions - vers le haut, le bas, les côtés, et est le résultat du bombardement continu des molécules d'air. La pression atmosphérique dépend de la quantité d'air au-dessus du point où la pression est mesurée. La pression diminue donc avec l'altitude.

Sans certains gaz de l'atmosphère, la Terre serait très, très froide et la vie impossible. Ces gaz, surtout le gaz carbonique, piègent la chaleur du Soleil et l'empêchent de repartir vers l'espace. Les activités humaines augmentent le taux de gaz carbonique et d'autres gaz, ce qui pourrait entraîner le réchauffement de la Terre.

Air 

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Les bienfaits et les rôles des arbres

L a présence des arbres dans notre environnement apporte plusieurs bénéfices durables à la société, aux individus et aux écosystèmes. Le total des bienfaits retirés d'un arbre peut atteindre de deux à trois fois les coûts investis dans sa plantation et son entretien.

Les arbres ont plusieurs bienfaits :

  • assurent abri et protection à plusieurs espèces d'oiseaux et de mammifères;
  • fournissent de l'ombre et absorbent la chaleur;
  • diminuent l'éblouissement causé par le soleil en diffusant la partie visible du rayonnement solaire;
  • diminuent la vitesse du vent en lui offrant une résistance;
  • rafraîchissent l'air environnant par évaporation;
  • retiennent dans leurs racines, des quantités importantes d'eau de pluie (diminuant les risques d'inondations, améliorant le drainage du sol et augmentant le niveau d'eau de la nappe souterraine);
  • agissent comme bouclier en freinant les poudreries hivernales;
  • excellente protection contre l'érosion à l'occasion de fortes pluies, au moment de la fonte des neiges, par le vent et sur les pentes;
  • participent à la régulation du gaz carbonique et à l'oxygénation de l'air;
  • améliorent notre milieu de vie;
  • génèrent des économies sur notre consommation d'énergie (l'ombre créée par les arbres diminue l'utilisation de l'air climatisé l'été et, l'hiver, les arbres forment un abri du vent et diminuent le chauffage des maisons, les coûts diminuant de 10 à 15 %);
  • limitent les impacts environnementaux causés par l'utilisation des combustibles fossiles (en réduisant le chauffage des maisons, l'utilisation des combustibles fossiles est diminué causant ainsi moins d'impacts sur le milieu);
  • réduisent les coûts de chauffage et de climatisation;
  • améliorent la qualité de vie (espaces de détente et de récréation);
  • améliorent la santé (purifient l'air, captent les poussières, diminuent le bruit, écrans contre le soleil);
  • augmentent la valeur des propriétés.

Arbre

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Pollution de l'eau

L a pollution de l'eau est l'introduction de déchets industriels et institutionnels et d'autres matières nocives ou nuisibles, en quantité suffisante pour entraîner une dégradation mesurable de la qualité de l'eau. Le plus souvent, nos cours d'eau sont pollués par des déchets urbains, agricoles et industriels comprenant de nombreuses substances toxiques que les processus naturels ne réussissent pas à décomposer. De plus, la pollution atmosphérique forme la pluie acide qui tombe et forme des dépôts de sulfates et de nitrates dans nos cours d'eau.

Les produits chimiques toxiques sont souvent rejetés directement dans l'eau et modifient la composition chimique de l'eau. Ceci se produit soit par infiltration, par ruissellement ou en provenance de l'atmosphère. Ces produits chimiques modifient le goût, l'odeur et la couleur de l'eau. Ils peuvent rendre les poissons et les animaux moins fertiles, causer des malformations génétiques, endommager le système immunitaire, augmenter les cas de tumeurs et même causer leur mort.

Il existe deux formes de polluants :

  • Polluants non persistants ou dégradables : eaux usées domestiques, engrais, certains déchets industriels. Ces polluants peuvent être décomposés en substances simples.
  • Polluants persistants : pesticides, pétrole, substances radioactives, métaux (plomb, mercure, cadmium). Ce type de pollution augmente rapidement, demeure dans le milieu aquatique et cause des dommages irréversibles. L'absorption de ces polluants par un organisme se nomme la bioaccumulation et les composés toxiques s'accumulent dans les tissus adipeux (graisse) ou dans certains organes des animaux. Ces animaux contaminés sont mangés par d'autres organismes, qui consomment un niveau de plus en plus concentré de substances toxiques. Par exemple, une moule filtre l'eau pour se nourrir. Si l'eau est polluée, la moule va concentrer les substances toxiques à l'intérieur de son système et lorsqu'elle sera mangée par un goéland, celui-ci sera contaminé. Le goéland se nourrit d'un nombre élevé de moules contaminées et transmet cette contamination à ses œufs qui pourraient subir des malformations ou ne pas réussir à survivre.

Pollution eau

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Pollution des sols

L a contamination des sols existe depuis longtemps, c'est-à-dire bien avant le début des activités humaines. Les éruptions volcaniques, les inondations, les incendies de forêt, la combustion et l'érosion, libèrent des contaminants qui se répandent dans le sol. D'autres sources de contaminants du sol résultant d'activités humaines sont l'agriculture, la construction, l'exploitation minière et l'élimination des déchets.

À partir du sol, les contaminants peuvent parvenir à contaminer les aliments, l'air et l'eau. La qualité du sol influence la qualité des produits agricoles, qui ont des incidences sur la santé humaine. Des polluants du sol peuvent également nous atteindre par des voies moins directes. Les produits agricoles cultivés dans des sols contaminés absorbent des polluants pour ensuite être mangés par la population ou par des animaux qui seront eux-mêmes mangés par la population. Les polluants du sol s'infiltrent aussi dans les cours d'eau, surtout dans la nappe phréatique.

Divers polluants de nature humaine pourraient facilement être évités. Les fuites de carburant et d'huiles à moteurs s'infiltrent dans le sol et contaminent l'eau de la nappe phréatique. Un litre d'essence contamine jusqu'à un million de litres d'eau. De plus, le plomb retrouvé dans le sol participe à la contamination des végétaux. Les pesticides sont une source importante de pollution du sol ainsi que l'érosion qui provoque les pertes de terres cultivables.

Les polluants du sol peuvent entraîner différentes maladies chez les humains comme les maladies osseuses et rénales, l'affectation du système nerveux, du tube gastro-intestinal, l'anémie, le tétanos et le botulisme. Chez les animaux, les polluants contaminent la chaîne alimentaire et s'accumulent à l'intérieur de celle-ci.
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Pollution de l'air

L 'air que nous respirons est essentielle à notre survie et, sans elle, nous ne pouvons survivre que quelques minutes. Elle contient 78 % d'azote, 21 % d'oxygène, 0,4 % de gaz carbonique, 0,9 % d'argon en plus d'une variété d'autres composants. La composition de l'air change continuellement selon les saisons, les conditions météorologiques et les polluants présents dans l'atmosphère. La pollution de l'air peut entraîner des effets sur la santé humaine. Diverses maladies respiratoires telles que l'emphysème, la bronchite et l'asthme peuvent être causées par cette forme de pollution, de même que le cancer, des maladies circulatoires, l'eczéma et la diminution de la capacité du système immunitaire.

Au Nouveau-Brunswick, différentes sources de pollution atmosphérique d'origine humaine sont rejetées et constituent une menace sérieuse à la qualité de l'air.

  • Composés de soufre réduit totaux : ces composés ont une forte odeur provenant des émissions des usines de pâtes et papiers. Les émissions ne produisent aucun danger physique pour la santé, mais leur odeur peut causer des nausées en plus d'être déplaisante.
  • Dioxyde de soufre : ce polluant ne peut être détecté par l'odorat et présente un danger pour la santé et la végétation si les concentrations sont élevées. Ce gaz est un résidu de la combustion du mazout, utilisé au Nouveau-Brunswick dans les centrales thermiques, dans l'industrie manufacturière ainsi que dans les demeures et les édifices municipaux pour assurer le chauffage.
  • L'ozone : ce polluant est le produit de réactions chimiques d'autres substances exposées au soleil. Ne pouvant être détectée par son odeur, la présence de l'ozone dans l'atmosphère du Nouveau-Brunswick est due aux émissions des sources de combustion dans les grandes villes du Canada et des États-Unis.
  • Matière particulaire : incluant les particules de fumée, de poussière, de cendre, de suie et de petits morceaux de matière, la matière particulaire est visible lorsque retrouvée en quantité suffisante.

Différents moyens peuvent être employés pour essayer de minimiser la production de pollution atmosphérique. L'installation d'un meilleur matériel de dépollution atmosphérique dans l'emplacement des sources d'émissions, de systèmes de contrôle de la qualité de l'air et l'exécution d'études détaillées sur les niveaux de la qualité de l'air permettent d'amorcer la dépollution de l'atmosphère.
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Par Joanne Langis, B.Sc. (Université de Moncton)
M.É.E. (Université de Moncton) et
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