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Plan de leçon

Pourcentage d'eau dans la neige

Vue d’ensemble

La neige est un élément central de survie dans la toundra pour les Inuits. En plus de servir à la construction d’abris et à la navigation, elle fournit de l’eau aux personnes qui se déplacent dans la toundra. Toutefois, comme l’apprendront les élèves dans cette leçon, tous les types de neige ne sont pas sur le même pied d’égalité en matière d’hydratation. 

Au terme de cette leçon, les élèves pourront déterminer le pourcentage d’eau dans un échantillon de neige par le biais d’une expérience ou de calculs et de déterminer le type de neige qui contient la plus grande quantité d’eau potable. 

Résultats d’apprentissage

Les élèves démontreront la compétence trouver des réponses ou des solutions à des problèmes scientifiques ou technologiques en formulant une hypothèse et en procédant à une expérience pour en venir à un consensus quant à l’interprétation des résultats.

Connaissances

Caractéristiques des différents types de neige (densité, pourcentage d’eau), vocabulaire approprié et unités de mesure utilisées pour les décrire.

Habiletés

Identification des différents types de neige

Échantillonnage au moyen d’une balance, lecture d’un volume

Formuler une hypothèse er partager des résultats avec leurs camarades

Attitudes

Curiosité

Ouverture aux autres

Viser la précision

Déroulement

Préparation du thé sur le Qulliq.
Photo par Charlie Nowkawalk

1. Fonte de neige

Qaujisartuq: l’apprenant en émergence observe et écoute

Associez l’introduction à une excursion sur le terrain ou en faire une activité par elle-même. Amenez vos élèves dans la toundra et préparez du thé pour le groupe en faisant fondre de la neige dans une casserole. Insistez sur le changement de volume et faites le lien avec les changements de phase. C’est le moment idéal pour inviter un passeur de savoir pour parler des types de neige, de leur importance et de leurs usages.

Même s’il existe une multitude de types de neige, nous vous suggérons d’utiliser les trois types suivants.

Aqilluqaq

Neige poudreuse, fraiche

Sitilluqaq

Neige dure et compacte, vieillie

Pukajaq

Neige formée de petits cristaux

En savourant votre thé dans la toundra, assurez-vous que les élèves sont familiarisés avec ces types de neige, notamment en ce qui concerne l’apparence, la texture, le poids, la dureté, etc. Sensibilisez les élèves aux types de neige au moyen des questions suivantes :

  • Comment peux-tu reconnaître tel type de neige? 
  • Quelle est la différence entre ces deux types de neige?
  • Quel mot utiliserais-tu pour décrire tel type de neige?

2. Pourcentage d’eau dans la neige

Tukisinaksijuq: l’apprenant communicatif améliore ses connaissances en répétant une tâche qu’il sait exécuter

Suggérez un défi à vos élèves. Sur le terrain, leur tâche consistera à identifier le type de neige qui donne la plus grande quantité d’eau potable. Nous suggérons d’effectuer cette expérience avec les trois types de neige mentionnés plus haut (aqillujaq, sitilujaq, pukajaq).

  • Sur le terrain, les élèves utilisent au mieux leurs connaissances pour trouver ces types de neige. 
  • Puis ils formuleront une hypothèse quant au type de neige qui contient la plus grande quantité d’eau.
  • En se servant des protocoles, ils vérifieront leur hypothèse et détermineront lequel des types de neige (aqillujaq, sitilujaq ou pukajaq) offre le plus grand pourcentage d’eau.

Il existe deux manières de réaliser cette expérience. Vous pouvez en utiliser une seule ou les deux, diviser la classe en deux groupes qui compareront leurs résultats ou faire l’activité à deux reprises… Le tout est laissé à votre autonomie professionnelle. 

2.1. La méthode du ratio

La première méthode consiste à comparer les volumes (mL) de neige et d’eau d’un échantillon de neige que vous faites fondre. Le résultat peut être exprimé sous la simple forme d’un ratio ou converti en pourcentage. Cette méthode convient parfaitement à l’enseignement des changements de phase et est plus proche de la manière dont les Inuits se servent de la neige pour produire de l’eau potable. Elle n’explique toutefois pas la raison pour laquelle différents types de neige contiennent des quantités différentes d’eau.

  1. Utilisez un bécher pour prélever un échantillon de neige (sans la compacter). Coupez le trop plein de neige à l’aide d’une spatule.
  2. Prenez en note la quantité de neige dans le bécher.
  3. Faites fondre la neige dans la casserole.
  4. Remettez l’eau obtenue dans le bécher.
  5. Prenez en note la quantité d’eau dans le bécher.
  6. Calculez l’équivalence en eau de la neige en divisant le volume de neige par le volume d’eau.
  7. Répétez ces opérations pour chaque type de neige et assurez-vous de prélever la même quantité de neige chaque fois.

Au cours de l’activité, posez des questions aux élèves pour approfondir leur réflexion sur ce qu’ils font.

  • Faites une hypothèse quant au type de neige qui donnera la plus grande quantité d’eau.
  • Qu’arrivera-t-il au volume lorsque tu feras fondre la neige?
  • Que se passera-t-il si tu laisses bouillir l’eau pendant trop longtemps?
  • Serait-il possible de fausser les résultats de cette expérience? Comment?

2.2. La méthode de la masse volumique

La seconde méthode consiste à convertir la masse volumique de la neige en pourcentage d’eau. Comme la masse volumique de l’eau est de 1g/mL, la neige dont la masse volumique est de 0,1 g/mL contient donc 10 % d’eau. Cette méthode est celle qu’utilisent habituellement les scientifiques pour déterminer le pourcentage d’eau dans la neige. Elle est intéressante parce qu’elle permet d’établir un lien entre la masse volumique et le pourcentage d’eau. Elle exige toutefois plus de calculs et n’est pas vraiment proche de la manière dont les Inuits se servent de la neige pour produire de l’eau potable.

  1. Pesez le bécher vide et notez sa masse.
  2. Utilisez un bécher pour prélever un échantillon de neige (sans la compacter). Coupez le trop plein de neige à l’aide d’une spatule.
  3. Pesez le bécher plein et notez sa masse.
  4. Calculez la masse nette de l’échantillon. 
  5. Prenez en note la quantité de neige dans le bécher.
  6. Divisez la masse (g) par le volume (ml) pour obtenir la masse volumique de l’échantillon en g/ml.
  7. Comparez la masse volumique de l’échantillon à celle de l’eau (1g/ml), éliminant ainsi les unités, en divisant la masse/volume de l’échantillon par la mass/volume de l’eau.
  8. Convertissez le résultat en pourcentage en multipliant par 100.
  9. Répétez ces opérations pour chaque type de neige et assurez-vous de prélever la même quantité de neige chaque fois.

Demandez aux élèves d’expliquer dans leurs mots pourquoi la masse volumique de la neige est liée au pourcentage d’eau contenu dans la neige.

3. Discussion et Consensus

Tukisinaksijuq: l’apprenant communicatif réfléchit sur les résultats avec les autres et établit des liens avec d’autres connaissances

Discutez des résultats de cette expérience sur le terrain ou en classe. Comparez les résultats obtenus par les élèves avec la même méthode ou d’une méthode à l’autre. 

C’est le bon moment pour étoffer le concept des phases et des changements de phase entre la neige et l’eau, puis par la suite, pour aborder le concept de la vapeur ou de la masse volumique et de leur lien avec le pourcentage d’eau. Vous pouvez aussi aborder certaines des erreurs commises pendant l’expérience, notamment : élèves qui ont laissé s’évaporer l’eau obtenue, collecte de quantités irrégulières de neige ou non-détermination du poids net des échantillons.

En conclusion, demandez aux élèves d’en venir à un consensus fondé sur leurs résultats quant au meilleur type de neige à faire fondre pour produire de l’eau potable (en bonne quantité). Cette partie de la leçon est importante, puisque la price de décision par consensus (aajiiqatigiiniq) est importante d’un point de vue culturel.

Évaluation des apprentissages

Pour cette leçon, nous suggérons de concentrer l’évaluation sur l’expérience, en lien avec la méthode scientifique. Cette évaluation porte non seulement sur l’exactitude avec laquelle les élèves suivent le protocole, mais surtout vise à savoir si les élèves peuvent déceler les possibles erreurs, s’ils comprennent l’importance des restrictions et s’ils peuvent établir un lien entre les expériences et les hypothèses qu’ils formulent. 

Tous

Tous les élèves seront capables de formuler une hypothèse quant au pourcentage d’eau dans la neige et de suivre les étapes de l’un des protocoles. Ils pourront déterminer leurs difficultés.

La plupart

La plupart des élèves confirmeront ou infirmeront leur hypothèse après avoir exécuté l’un des protocoles et avoir partagé leurs résultats. Ils reconnaîtront les erreurs. 

Certains

Certains élèves pourront en outre comprendre la relation entre les deux protocoles et intégrer de l’information précise aux conversations sur les résultats. Ils détermineront et pourront parfois éviter les erreurs.

Extensions

  • Si ce n’est déjà fait, présentez les deux protocoles pour déterminer le pourcentage d’eau dans la neige afin d’établir des relations entre eux. 
  • Établissez des liens entre le pourcentage d’eau contenu dans la neige et diverses données recueillies lors des autres plans de leçon sur la neige. 

Matériel

  • Panak
  • Bécher
  • Balance
  • Poêle Coleman (ou autre source de chaleur)
  • Casserole ou bouilloire
  • Calculatrice (optionnel)
  • Feuilles de travail fournies (1 pour chaque protocole)
  • Crayon
  • Planche à pince (optionnel)

Vocabulaire

  • Aqilluqaq (neige poudreuse, fraiche)
  • Sitilluqaq (neige dure et compacte, vieille)
  • Pukajaq (neige formée de petits cristaux
  • Qanittaq (neige fraichement tombée, reconnue comme produisant le moins important ratio d’eau potable)
  • Pukarlaq  (neige formée de cristaux de grande taille, reconnue comme produisant le plus important ratio d’eau potable)

Références

United States National Park Services (n.d.). How Much Water is in this Snow? Document accessible at: https://www.nps.gov/glac/learn/education/upload/How%20much%20water%20is%20in%20this%20snow%20activity.pdf

NASA Student Observation Network (n.d.). Snow Pit Procedures. Document accessible at: https://www.nasa.gov/pdf/186123main_SnowPitProcedures.pdf

Qulliq

Lampe à l'huile de phoque creusée dans la pierre

Aqilluqaq

Neige poudreuse, fraiche

Sitilluqaq

Neige dure et compacte, vieillie

Pukajaq

Neige formée de petits cristaux

Aajiiqatigiiniq

Processus de prise de décision par consensus et discussion

Panak

Couteau utilisé pour couper la neige

Qanittaq

Neige fraichement tombée

Pukarlaq

Neige formée de cristaux de grande taille

Qulliq

Lampe à l'huile de phoque creusée dans la pierre

Aqilluqaq

Neige poudreuse, fraiche

Sitilluqaq

Neige dure et compacte, vieillie

Pukajaq

Neige formée de petits cristaux

Aajiiqatigiiniq

Processus de prise de décision par consensus et discussion

Panak

Couteau utilisé pour couper la neige

Qanittaq

Neige fraichement tombée

Pukarlaq

Neige formée de cristaux de grande taille

Qulliq

Lampe à l'huile de phoque creusée dans la pierre

Aqilluqaq

Neige poudreuse, fraiche

Sitilluqaq

Neige dure et compacte, vieillie

Pukajaq

Neige formée de petits cristaux

Aajiiqatigiiniq

Processus de prise de décision par consensus et discussion

Panak

Couteau utilisé pour couper la neige

Qanittaq

Neige fraichement tombée

Pukarlaq

Neige formée de cristaux de grande taille

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