Comment concevoir un filtre à eau avec le moins de sous possible?
Randonneur remplissant une bouteille d’eau (Hagephoto, Getty Images)
Randonneur remplissant une bouteille d’eau (Hagephoto, Getty Images)
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Relève le défi de concevoir le meilleur filtre à eau au coût le plus bas
Pense à utiliser le Processus Concevoir et construire pour ce défi.
Cette activité aidera à développer des habiletés connexes aux phases Rechercher des idées, Planifier, Créer ainsi que Tester et évaluer de ce processus. Elle souligne aussi l’itération requise durant ce processus.
Matériel
Remarque : utilise les montants ci-dessous pour calculer le « coût » de ton appareil.
Outils (aucun coût)
- Ciseaux
- Bouteille recyclée (p. ex., bouteille d’eau en plastique) pour collecter l’eau filtrée
Solution d’eau sale (aucun coût)
- Bouteille d’eau recyclée de 500 mL avec bouchon
- Tasse à mesurer
- Eau (environ 400 mL)
- Sable (environ 15 mL)
- Terre (environ 15 mL)
Matériaux de filtration
- Bouteille d’eau en plastique recyclée (1 $)
- 1 filtre à café (1 $)
- 1 essuie-tout (1 $)
- 10 boules de coton (ouates) (0,25 $ chaque)
- 50 mL de gravier propre (5 $)
- Un morceau de bas de nylon de 15 cm x 15 cm (5 $)
- 1 vieux bas (5 $)
Marche à suivre
T’es-tu déjà demandé comment les usines de traitement des eaux retirent les particules solides de l’eau? Elles utilisent des filtres. Ton défi consiste à concevoir et construire un filtre en utilisant des matériaux que tu peux trouver à la maison.
Conseils et astuces
- Avant d’effectuer ton test, prépare une solution d’« eau sale » en mélangeant l’eau, le sable et la terre dans la bouteille en plastique de 500 mL. Referme le bouchon et secoue-la bien.
- Rechercher des idées – Réfléchis aux matériaux qui, selon toi, pourraient laisser passer l’eau, mais ne pas laisser passer les solides.
- Planifier – Crée des dessins de ce à quoi tu voudrais que ton concept ressemble. Pense aux coûts des matériaux avant de décider de la quantité et du type de matériaux que tu vas utiliser.
- Créer – Construis un prototype. Il s’agit d’un modèle de travail que tu pourras tester. Utilise la bouteille de plastique vide pour l’eau « propre ».
- Tester – Une fois que tu es satisfait ou satisfaite de ton prototype, il est temps de le tester! Verse l’eau sale dans le filtre et recueille l’eau propre dans la bouteille vide.
- Évaluer – Si l’eau a encore l’air sale, essaie à nouveau. Pense aux types de matériaux que tu as utilisés, à l’ordre des matériaux et à la quantité utilisée. Continue d’améliorer ton appareil jusqu’à ce que l’eau ait l’air claire.
*Remarque : ne bois pas l’eau filtrée même si elle semble propre!!
En fonction des matériaux que tu as utilisés, quel serait le coût de ton appareil?
Découverte
Les particules solides mélangées dans l’eau peuvent être retirées en utilisant un filtre. Un filtre est un appareil avec de petits trous ou espaces. L’eau passe au travers des espaces, mais les particules plus larges que les espaces resteront prises dans le filtre, les séparant de l’eau.
Il y a des filtres de différentes formes et de différentes tailles. Ils sont aussi faits à partir de différents matériaux, comme tu as pu le voir durant l’activité. As-tu remarqué que les matériaux qui rendaient l’eau la plus propre étaient aussi ceux qui laissaient passer l’eau le plus lentement? C’est parce que, plus les espaces sont petits, plus il faut de temps pour que l’eau puisse passer au travers. Pense au sable et au gravier. Les particules de sable peuvent être très rapprochées les unes des autres et ne laissent que des petits espaces entre elles. Le gravier est beaucoup plus gros et ces particules ne peuvent pas être aussi rapprochées. Il y a donc des espaces plus larges entre les particules. Plus les espaces sont larges, plus l’eau peut couler vite. De plus, comme les matériaux avec de plus petits espaces capturent davantage de solides, ils peuvent se boucher avec le temps. C’est pour cette raison que les filtres doivent être nettoyés.
Les filtres que tu as construits au cours de cette activité peuvent retirer de l’eau les particules plus grosses. Ils ne peuvent pas retirer les petites particules comme les bactéries. C’est pourquoi le processus de traitement de l’eau comprend plusieurs étapes. La première étape consiste à faire ce que tu viens de faire – filtrer les particules les plus grosses! Cela est généralement effectué à l’aide d’une grille. D’autres étapes retirent les particules plus petites à l’aide de grilles avec des trous plus petits et des substances chimiques qui font que les particules s’agglutinent ensemble et tombent vers le fond. La dernière étape comprend le traitement de l’eau avec des substances chimiques qui tuent les microorganismes.
Processus municipal de traitement des eaux usées (© 2020 Parlons sciences).
Image - Version texte
Animation GIF couleur illustrant les quatre étapes du traitement de l’eau. L’animation montre le liquide qui passe d’une étape à l’autre en coulant par un tuyau gris. Au début, le liquide est vert foncé, puis il devient vert pâle, puis jaune et finalement, turquoise. Le titre de chaque étape est mis en surbrillance en jaune lorsque le liquide atteint cette étape. Une étiquette contenant davantage d’informations au sujet de chaque étape apparaît en dessous du tuyau au même moment. En partant de la gauche, la première étape est intitulée « Pré-traitement ». Ici, l’eau provenant de précipitations, de bassins versants et de sources souterraines passe dans un tuyau pour entrer dans un petit bâtiment gris. L’eau est représentée par un liquide vert. Un symbole représentant une goutte d’eau brillante est situé au-dessus des sources d’eau. Un symbole à côté du bâtiment montre des vagues dans un cercle formé par des flèches arrondies. Le liquide passe à travers une grille et une bouteille, une canette et d’autres déchets apparaissent au-dessus. Une étiquette disant « Filtre les gros débris » apparaît en dessous. L’étape suivante est intitulée « Floculation ». Ici, l’eau passe à travers quelque chose qui ressemble à un gros entonnoir rempli de petites sphères orange. Un symbole représentant une personne portant un casque de protection est situé à côté. Une étiquette apparaît en dessous et dit « Capture et retire les petits débris, la vase et les microorganismes ». Le liquide devient vert clair à cette étape. La troisième étape est intitulée « Filtration ». Ici, l’eau passe au travers d’une autre grille, plus grande et plus foncée. Une étiquette apparaît en dessous et dit « Du sable et du charbon filtrent les particules restantes ». Le liquide devient jaune à cette étape. La quatrième étape est intitulée « Désinfection ». Ici, l’eau passe au travers d’un appareil qui ressemble à un gros bol gris. Au-dessus, une carafe verse un liquide bleu foncé à l’intérieur. Une étiquette apparaît au-dessus et dit « Ajout de chlore pour éliminer les microorganismes restants ». Dans le bol, le liquide passe du jaune au turquoise et deux étincelles apparaissent. En dessous, un long rectangle aux extrémités arrondies est de couleur rouge à gauche et passe au bleu à l’extrémité de droite. Il est étiqueté « pH ajusté ». La dernière étape est étiquetée « Distribution ». Ici, le tuyau plein de liquide turquoise se rend jusque dans un château d’eau et sous deux maisons. Une étiquette apparaît en dessous et dit « L’eau propre est pompée jusqu’aux maisons et entreprises ».
Autrefois, les gens avaient tendance à croire que les milieux humides étaient des terres inutiles. Les scientifiques ont maintenant une meilleure compréhension des terres humides. Ils savent qu’elles sont d’importantes réserves d’eau et filtres à eau. Ils peuvent retirer les particules, les engrais et les polluants toxiques de l’eau. Les milieux humides peuvent aussi agir comme des éponges géantes durant les inondations. Ils absorbent l’eau excédentaire et empêchent nos maisons d’être inondées.
De grandes zones de milieux humides au Canada, tout particulièrement dans les zones peuplées, ont été asséchées pour faire place à des champs agricoles et des terrains résidentiels. Voilà pourquoi il est important de protéger les zones qui restent. C’est tout particulièrement important dans les zones habitées où elles peuvent prévenir des dommages causés par les inondations.
- Peux-tu construire un filtre « moins coûteux » qui fonctionne aussi bien qu’un filtre plus dispendieux?
- Quels autres matériaux peux-tu utiliser dans ton filtre pour rendre l’eau encore plus propre?
- À quels autres endroits y a-t-il des filtres à eau?
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Traitement de l’eau
Découvre comment l’eau est traitée dans les stations municipales de traitement de l’eau.
Qu’est-ce qui se passe?
Les particules solides mélangées dans l’eau peuvent être retirées en utilisant un filtre. Un filtre est un appareil avec de petits trous ou espaces. L’eau passe au travers des espaces, mais les particules plus larges que les espaces resteront prises dans le filtre, les séparant de l’eau.
Il y a des filtres de différentes formes et de différentes tailles. Ils sont aussi faits à partir de différents matériaux, comme tu as pu le voir durant l’activité. As-tu remarqué que les matériaux qui rendaient l’eau la plus propre étaient aussi ceux qui laissaient passer l’eau le plus lentement? C’est parce que, plus les espaces sont petits, plus il faut de temps pour que l’eau puisse passer au travers. Pense au sable et au gravier. Les particules de sable peuvent être très rapprochées les unes des autres et ne laissent que des petits espaces entre elles. Le gravier est beaucoup plus gros et ces particules ne peuvent pas être aussi rapprochées. Il y a donc des espaces plus larges entre les particules. Plus les espaces sont larges, plus l’eau peut couler vite. De plus, comme les matériaux avec de plus petits espaces capturent davantage de solides, ils peuvent se boucher avec le temps. C’est pour cette raison que les filtres doivent être nettoyés.
Les filtres que tu as construits au cours de cette activité peuvent retirer de l’eau les particules plus grosses. Ils ne peuvent pas retirer les petites particules comme les bactéries. C’est pourquoi le processus de traitement de l’eau comprend plusieurs étapes. La première étape consiste à faire ce que tu viens de faire – filtrer les particules les plus grosses! Cela est généralement effectué à l’aide d’une grille. D’autres étapes retirent les particules plus petites à l’aide de grilles avec des trous plus petits et des substances chimiques qui font que les particules s’agglutinent ensemble et tombent vers le fond. La dernière étape comprend le traitement de l’eau avec des substances chimiques qui tuent les microorganismes.
Processus municipal de traitement des eaux usées (© 2020 Parlons sciences).
Image - Version texte
Animation GIF couleur illustrant les quatre étapes du traitement de l’eau. L’animation montre le liquide qui passe d’une étape à l’autre en coulant par un tuyau gris. Au début, le liquide est vert foncé, puis il devient vert pâle, puis jaune et finalement, turquoise. Le titre de chaque étape est mis en surbrillance en jaune lorsque le liquide atteint cette étape. Une étiquette contenant davantage d’informations au sujet de chaque étape apparaît en dessous du tuyau au même moment. En partant de la gauche, la première étape est intitulée « Pré-traitement ». Ici, l’eau provenant de précipitations, de bassins versants et de sources souterraines passe dans un tuyau pour entrer dans un petit bâtiment gris. L’eau est représentée par un liquide vert. Un symbole représentant une goutte d’eau brillante est situé au-dessus des sources d’eau. Un symbole à côté du bâtiment montre des vagues dans un cercle formé par des flèches arrondies. Le liquide passe à travers une grille et une bouteille, une canette et d’autres déchets apparaissent au-dessus. Une étiquette disant « Filtre les gros débris » apparaît en dessous. L’étape suivante est intitulée « Floculation ». Ici, l’eau passe à travers quelque chose qui ressemble à un gros entonnoir rempli de petites sphères orange. Un symbole représentant une personne portant un casque de protection est situé à côté. Une étiquette apparaît en dessous et dit « Capture et retire les petits débris, la vase et les microorganismes ». Le liquide devient vert clair à cette étape. La troisième étape est intitulée « Filtration ». Ici, l’eau passe au travers d’une autre grille, plus grande et plus foncée. Une étiquette apparaît en dessous et dit « Du sable et du charbon filtrent les particules restantes ». Le liquide devient jaune à cette étape. La quatrième étape est intitulée « Désinfection ». Ici, l’eau passe au travers d’un appareil qui ressemble à un gros bol gris. Au-dessus, une carafe verse un liquide bleu foncé à l’intérieur. Une étiquette apparaît au-dessus et dit « Ajout de chlore pour éliminer les microorganismes restants ». Dans le bol, le liquide passe du jaune au turquoise et deux étincelles apparaissent. En dessous, un long rectangle aux extrémités arrondies est de couleur rouge à gauche et passe au bleu à l’extrémité de droite. Il est étiqueté « pH ajusté ». La dernière étape est étiquetée « Distribution ». Ici, le tuyau plein de liquide turquoise se rend jusque dans un château d’eau et sous deux maisons. Une étiquette apparaît en dessous et dit « L’eau propre est pompée jusqu’aux maisons et entreprises ».
Pourquoi est-ce important?
Autrefois, les gens avaient tendance à croire que les milieux humides étaient des terres inutiles. Les scientifiques ont maintenant une meilleure compréhension des terres humides. Ils savent qu’elles sont d’importantes réserves d’eau et filtres à eau. Ils peuvent retirer les particules, les engrais et les polluants toxiques de l’eau. Les milieux humides peuvent aussi agir comme des éponges géantes durant les inondations. Ils absorbent l’eau excédentaire et empêchent nos maisons d’être inondées.
De grandes zones de milieux humides au Canada, tout particulièrement dans les zones peuplées, ont été asséchées pour faire place à des champs agricoles et des terrains résidentiels. Voilà pourquoi il est important de protéger les zones qui restent. C’est tout particulièrement important dans les zones habitées où elles peuvent prévenir des dommages causés par les inondations.
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- Peux-tu construire un filtre « moins coûteux » qui fonctionne aussi bien qu’un filtre plus dispendieux?
- Quels autres matériaux peux-tu utiliser dans ton filtre pour rendre l’eau encore plus propre?
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