Clean Water Science
Filtre à eau
A l'attention des parents: veuillez lire toutes les instructions avant d'aider vos enfants.
A. MESSAGES DE SECURITE
1. Veuillez lire ces instructions avant de commencer.
2. L'aide et la surveillance d'un adulte sont nécessaires en permanence.
3. Convient uniquement aux enfants de plus de 5 ans.
4. Ce kit et son produit fini contiennent des composants de petite taille susceptibles de provoquer un étouffement en cas d'utilisation
incorrecte. Tenir hors de la portée des enfants de moins de 3 ans.
5. Ne pas utiliser de l'eau d'égout pour les expériences. L'eau d'égout contient des bactéries et des micro-organismes qui peuvent contaminer
le matériel. Suivre les instructions pour créer une « eau sale » artificielle. Cela suffit pour démontrer les effets purifiants du kit.
6. Ce kit expérimental vise uniquement à démontrer différentes méthodes d'épuration de l'eau. Il n'est pas conçu pour filtrer l'eau potable. Ne
pas boire l'eau purifiée avec ce kit. Certaines expériences nécessitent de l'eau chaude. Opérer sous la supervision d'un adulte.
7. Veuillez garder ce produit hors de la portée des enfants lorsqu'il n'est pas utilisé. Lavez-vous bien les mains après l'utilisation.
B. CONTENU
4 sections de filtre
Base ronde
Collecteur en entonnoir
Gobelet noir en plastique
Petit gobelet en plastique
Tube transparent
2 couvercles transparents
4 bouchons à filtres
Cire
2 rondelles métalliques
Fil de pêche
3 filtres en papier
3 sachets de gravier
3 sachets de sable
3 sachets de charbon actif
Réflecteur argenté
et livret d'instructions avec notes didactiques.
Notes: certains matériels d'usage courant sont également nécessaires. Demander à un adulte avant de les utiliser.
C. EXPÉRIENCE 1 - FILTRAGE
Attention: La colonne de filtrage n'est pas conçue pour filtrer l'eau potable. Ne pas boire l'eau filtrée.
L'expérience consiste à assembler une colonne pour purifier de l'eau. Les différents filtres utilisés dans la colonne éliminent les impuretés de
l'eau.
Nécessaire: 4 x sections de filtre, 4 x bouchons à filtres, base, cire, sachet de charbon actif, sachet de sable, sachet de gravier, filtre en
papier. (Notes : un seul exemplaire de ces filtres suffit pour monter la colonne de filtrage. Conserver les autres exemplaires pour d'autres
expériences.)
Également nécessaire, mais non fourni : terre non souillée (p.ex. d'une plante en pot), huile de cuisine, verre (n'importe quelle taille) et verre
(transparent de préférence) de diamètre inférieur à la base. ronde du filtre
Assemblage de la colonne de filtrage
1. Les bouchons à filtres sont spécialement conçus pour régler la vitesse d'écoulement de l'eau dans la colonne. Le bord de chaque bouchon
comporte six arcs. Prenez deux bouchons et remplissez de cire quatre arcs de chaque bouchon, laissant deux arcs ouverts. Ces deux
bouchons seront utilisés pour les sections de filtre à sable et à charbon actif. Ils réduiront la vitesse d'écoulement dans ces sections, pour
permettre au sable et au charbon actif de remplir au mieux leur fonction.
2. Insérer les bouchons dans le fond des sections de filtre. Il faudra peut-être les enfoncer avec un stylo à bille pour les mettre en place. Nous
devrions avoir maintenant deux sections avec un bouchon entièrement dégagé et deux sections dont le bouchon ne comporte que deux arcs
ouverts.
3. Nettoyer séparément le gravier, le sable et le charbon actif avant de remplir les sections de filtre. Il suffit pour cela de les déposer
(séparément) dans un récipient et de rincer quelques fois à l'eau pure. Cela éliminera la poussière qui s'y est collée.
4. Mettre le sable et le charbon actif dans les sections de filtre avec les bouchons à deux arcs ouverts et le filtre en papier et le gravier dans
les deux autres sections (six arcs ouverts).
5. Poser la base sur une table. Placer les sections de filtre sur la base dans l'ordre suivant, de bas en haut : filtre à papier, charbon actif,
sable, gravier. Veiller à ce que chaque section s'emboîte dans la précédente.
6. Poser la colonne assemblée sur le verre.
Préparation de l'eau sale artificielle
Remplir à moitié un verre d'eau. Ajouter la terre et l'huile, puis mélanger pour obtenir une mixture brunâtre. Ce sera « l'eau sale » de
l'expérience. (Toujours se laver les mains après avoir manipulé de la terre ou de l'eau sale.)
Réalisation de l'expérience
Verser TRÈS LENTEMENT de l'eau sale artificielle dans le haut de la colonne. L'eau percolera lentement à travers les filtres. Pour obtenir les
meilleurs résultats, l'eau doit couler goutte à goutte.
L'eau qui s'écoule dans le verre est-elle bien propre?
Fonctionnement
Chaque section de la colonne élimine des particules de l'eau et la purifie progressivement. Les différents filtres éliminent des particules de
tailles différentes. Les grains de sable et le gravier sont séparés par des petits espaces. Ils laissent passer l'eau, mais retiennent les particules
contenues dans l'eau. Les granulés de carbone sont faits d'une matière appelée charbon actif. Les particules chimiques contenues dans l'eau
s'accrochent à la surface du carbone et sont ainsi éliminées de l'eau. Ce processus s'appelle l'adsorption. Le filtre à papier possède de
minuscules orifices entre les fibres. L'eau peut s'y insinuer, mais les particules plus larges que les orifices sont retenues. Ce processus est
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particulièrement efficace pour filtrer l'huile. La colonne de filtrage reproduit les principes utilisés dans les stations d'épuration d'eau qui nous
alimentent en eau potable. Dans ces stations, le filtrage est plus sophistiqué et des produits chimiques sont ajoutés à l'eau afin de rendre
celle-ci propre à la consommation.
Nettoyage des matériaux de filtrage et de la colonne
Toujours nettoyer les matériaux de filtrage et les sections de filtre après utilisation ou avant de commencer à filtrer une nouvelle mixture. Le
sable, le gravier et le charbon actif peuvent être nettoyés et réutilisés. Il suffit pour cela de les déposer (séparément) dans un petit verre, de
remplir le verre d'eau propre, d'ajouter une goutte de détergent et de mélanger doucement. Laisser le matériau se déposer au fond du verre,
puis verser délicatement l'eau. Rincer ensuite une ou deux fois à l'eau claire. Rincer également les sections de filtre à l'eau claire. Après avoir
nettoyé les matériaux, les remettre dans les sections correspondantes (le sable et le charbon actif vont dans les sections où le bouchon n'a
que deux arcs ouverts). Après plusieurs utilisations, il se peut que vous deviez remplacer les matériaux par les réserves fournies dans le kit.
Une fois les réserves épuisées, il est possible de se réapprovisionner dans la plupart des magasins d'aquariums. Le sable fin des plages et le
gravier de jardin conviennent aussi, à condition de bien rincer avant usage. Il est également possible d'utiliser du papier mouchoir à la place
du filtre en papier.
Dépannage
Si l'eau filtrée n'apparaît pas propre:
• Essayer de refiltrer l'eau. La colonne est petite et peut ne pas nettoyer entièrement l'eau en un seul passage, surtout si l'eau est
particulièrement sale.
• Vérifier que l'eau ne s'écoule pas trop rapidement au travers des sections de filtre. Si l'écoulement est trop rapide, essayer de resserrer les
sections de la colonne, voire de colmater les joints avec une bande adhésive. Cela empêchera l'air de pénétrer dans les sections, ce qui aura
pour effet de ralentir la percolation de l'eau.
• S'assurer que le sable et le charbon actif se trouvent dans les sections où le bouchon n'a que deux arcs ouverts. L'eau souillée doit couler
plus lentement dans ces deux sections.
• Il peut être nécessaire de nettoyer ou de remplacer les matériaux de filtrage par les réserves fournies (voir plus haut).
Champs d'application des filtres
• Les usages des filtres sont très variés, que ce soit à domicile ou dans l'industrie. À la maison, on utilise des filtres en papier pour filtrer le
café et du charbon actif pour filtrer l'eau du robinet et en retirer le chlore et d'autres substances chimiques. Des filtres en papier et du charbon
actif sont utilisés dans différentes machines pour purifier l'eau, le carburant, l'huile et l'air avant leur utilisation, et dans les masques à gaz pour
éliminer la poussière et les gaz nocifs de l'air.
• Les filtres à sables servent essentiellement à nettoyer l'eau avant et après sa consommation. Le filtre à sable utilisé dans ce kit est de type
rapide, car l'eau s'écoule rapidement. Il permet d'éliminer de l'eau les particules solides telles que les sables. Les filtres à sable lents sont
constitués d'une couche épaisse de sable fin. À mesure que l'eau y percole, une couche de micro-organismes se forme en surface. Ces
organismes se nourrissent des particules contenues dans l'eau et nettoient donc celle-ci.
Anecdotes
• Des filtres à sable nettoient l'eau des aquariums et piscines, ainsi que l'eau des éviers et baignoires (« eau grise ») pour permettre sa
réutilisation pour arroser les jardins.
• Le charbon actif est très poreux - l'eau s'écoule facilement au travers des granules qui renferment de nombreux espaces.
• Un gramme de charbon actif présente une surface d'environ 500 mètres carrés - l'équivalent d'un terrain de basket.
• Du charbon actif est parfois administré à des personnes qui ont été empoisonnées, car il capture le poison qu'ils ont dans leur estomac.
• Des filtres à papier sont utilisés en chromatographie pour séparer les matériaux dissous dans un liquide.
D. EXPÉRIENCE 2 - DISTILLATION
Attention: Cette expérience exige de l'eau chaude. L'assistance et la supervision d'un adulte sont nécessaires lors de la manipulation d'eau
chaude.
Cette expérience vise à purifier de l'eau par un processus dit de distillation. L'eau s'évapore, laissant derrière elle les impuretés. La distillation
est une autre méthode courante de production d'eau propre. Elle est couramment utilisée dans les stations de désalinisation.
Nécessaire: collecteur en entonnoir, petit gobelet en plastique.
Également nécessaire, mais non fourni : un verre d'eau chaude (dégageant de la vapeur), des cubes de glace et des feuilles de thé.
Réalisation de l'expérience
1. Demander l'aide d'un adulte pour cette étape. Préparer un verre d'eau fumante. La mélanger aux feuilles de thé.
2. Enfoncer la base du collecteur dans le cylindre au centre du gobelet. Placer le collecteur sur le verre contenant le thé.
3. Plonger des cubes de glace dans le collecteur.
4. Après un moment, observer le bas du collecteur. De la condensation devrait rapidement s'y former. Des gouttelettes d'eau propre finiront
par couler dans le gobelet.
Fonctionnement
De l'eau s'évapore à la surface du thé chaud. Autrement dit, l'eau liquide se transforme en vapeur d'eau (forme gazeuse de l'eau). En
revanche, ni le thé ni les substances chimiques qu'il libère dans l'eau ne s'évaporent. La glace refroidit le collecteur. Lorsque la vapeur d'eau
entre en contact avec le collecteur, elle refroidit et se condense (retourne à l'état liquide). Elle s'écoule alors dans le gobelet. Ce processus
d'évaporation puis de condensation, appelé distillation, élimine ainsi les impuretés de l'eau (ici, les feuilles de thé et les substances
chimiques).
Dépannage
S'il y a peu d'eau collectée, vérifier que l'eau est suffisamment chaude. Seule de l'eau fumante produira suffisamment de vapeur pour les
besoins de l'expérience. Vider l'eau de l'installation et refaire l'expérience avec de l'eau chaude.
Champs d'application de la distillation
La distillation est utilisée pour purifier l'eau potable et produire de l'eau stérile à usage médical, ainsi que pour nettoyer les lentilles de contact.
Elle sert dans les stations de désalinisation, qui produisent de l'eau potable à partir d'eau de mer. En chimie, la distillation sert à éliminer l'eau
d'un liquide sans perdre l'eau. Dans l'industrie pétrolière, elle permet de séparer le pétrole brut en différents produits tels que le butane, le
pétrole et le mazout. Dans ces installations, le liquide à distiller est chauffé pour produire la vapeur nécessaire au processus.
Démonstration du cycle de l'eau
Le même équipement peut servir à démontrer le cycle de l'eau tel qu'il se produit sur terre. Cette expérience exige un grand verre transparent
de diamètre inférieur à celui du collecteur (ou une bouteille en plastique dont le tiers supérieur est découpé - demander à un adulte de le
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préparer), de la terre et une petite plante telle que du lierre.
1. Disposer quelques centimètres de terre au fond du verre. Creuser un trou dans la terre, y enfoncer doucement la plante et tasser la terre
autour des racines. Verser un peu d'eau dans la terre.
2. Mettre le collecteur et le gobelet sur le verre. (Dans le cas d'une bouteille en plastique, s'assurer que le bord de la bouteille est en contact
étroit avec le dessous du collecteur, faute de quoi la vapeur d'eau s'échappera par les interstices ; au besoin, colmater avec une bande
adhésive.)
3. Mettre le gobelet au soleil et attendre quelques heures. Après un moment, observer le bas du collecteur. De la condensation devrait
apparaître et de l'eau s'écouler dans le petit gobelet.
Cette expérience simule le cycle de l'eau. De l'eau s'évapore de la terre et de la plante, comme dans la nature sous l'effet du soleil. La
condensation dans le collecteur représente la formation de nuages et l'eau qui s'écoule représente la pluie.
Anecdotes didactiques
• L'équipement de distillation de ce kit est de type « alambic ».
• Les distillateurs solaires utilisent l'énergie du soleil pour purifier l'eau dans les pays chauds. La chaleur du soleil fait évaporer l'eau et l'air
froid la fait condenser.
• Le cycle de l'eau est le trajet constant que suit l'eau entre les océans, l'atmosphère et la terre. Il crée les nuages et la pluie et fait couler les
rivières.
E. EXPÉRIENCE 3 - PASTEURISATION SOLAIRE
Attention: L'eau chauffée dans cette expérience peut atteindre 60 °C voire plus. Manipuler l'eau chaude avec prudence. Opérer sous la
supervision d'un adulte.
Cette expérience vise à purifier de l'eau par un processus dit de pasteurisation solaire. Lorsque l'eau est chauffée à 65 °C, cela tue les microorganismes nocifs qu'elle contient. La chaleur du soleil est utilisée pour chauffer l'eau en vue de la pasteuriser. L'expérience implique
l'utilisation d'un appareil simple appelé WAPI (indicateur de pasteurisation solaire) pour déterminer si l'eau a été portée à la température
requise.
Nécessaire: gobelet en plastique noir, carte argentée, pièces nécessaires au montage d'un WAPI (rondelles métalliques, fil de pêche, tube
transparent, embouts transparents et cire.
Également nécessaire, mais non fourni : un grand verre couvrant tout le gobelet en plastique noir. Un petit morceau de film plastique
transparent (p. ex. film alimentaire).
Assemblage du WAPI
Le WAPI doit être assemblé avant l'expérience:
1. Introduire la cire dans une extrémité du tube transparent.
2. Enfoncer les embouts transparents dans le tube.
3. Attacher une rondelle à une extrémité du fil de pêche.
4. Faire passer l'autre extrémité du fil dans l'orifice d'un embout transparent puis le faire passer dans l'autre embout.
5. Tirer le bout qui dépasse et attacher une rondelle.
Réalisation de l'expérience
1. Assembler les deux morceaux de carton en insérant doucement les onglets du grand carton dans les fentes du petit carton. Rapprocher les
côtés de manière à obtenir une forme à trois côtés et, au besoin, fixer avec du papier collant.
2. Placer la boîte argentée au soleil de telle manière que les rayons du soleil éclairent l'angle. Mettre un petit morceau de film plastique
transparent dans le fond (pour éviter que les gouttelettes de condensation abîment le carton). Poser le gobelet plastique noir dans l'angle, sur
le film plastique.
3. Remplir le gobelet d'eau
4. Examiner l'indicateur. Tirer sur le fil de pêche jusqu'à ce qu'une rondelle vienne se placer contre l'embout de l'autre côté du tube par rapport
à la cire. Cette extrémité constituera la limite basse de l'indicateur.
5. Placer l'indicateur dans l'eau de sorte que la cire se trouve en haut du tube. Laisser pendre le reste du fil de pêche sur le bord du gobelet.
6. Couvrir le gobelet avec le verre transparent. L'eau commence à chauffer sous l'effet du soleil. (Placer éventuellement un poids - p. ex. une
pierre - sur le verre renversé afin que le bord soit bien en contact avec le plastique. Cela évitera les fuites de chaleur.)
7. Toutes les demi-heures, soulever l'indicateur et vérifier l'état de la cire. Une fois que la cire a fondu et coulé jusqu'au fond du tube, l'eau est
suffisamment chaude et a été pasteurisée. Par temps ensoleillé, la pasteurisation du gobelet d'eau doit pouvoir se faire en deux heures
environ. De la condensation peut apparaître dans le verre. Le film plastique empêchera cette eau de condensation d'endommager le
réflecteur argenté.
Remarque: pour réutiliser le WAPI, faire simplement glisser le tube transparent jusqu'à l'autre extrémité du fil de pêche.
Principe de la pasteurisation solaire
Les réflecteurs sont disposés en angle et concentrent l'énergie solaire. Le gobelet en plastique noir absorbe l'énergie, qui réchauffe l'eau.
L'espace entre le verre et le gobelet a l'effet d'un double vitrage. La couche d'air emprisonnée isole le gobelet, empêchant des pertes
thermiques excessives. Lorsque l'eau est chauffée à 65 °C, cela tue les micro-organismes nocifs qu'elle contient. Le fait de chauffer l'eau à
cette température s'appelle la pasteurisation. La cire contenue dans l'indicateur fond à quelques degrés au-dessus de cette température.
Lorsqu'elle fond, elle coule jusqu'au fond du tube. Lorsque la cire descend dans le tube, on sait donc que la température de pasteurisation a
été dépassée.
Champs d'application de la pasteurisation
L'expérience démontre une façon économique et efficace de pasteuriser l'eau dans des les régions reculées où il n'y a pas de réseau de
distribution d'eau et pas d'électricité pour la chauffer. Ici, la pasteurisation est utilisée pour rendre potable l'eau des puits et des rivières.
L'utilisation de l'énergie solaire pour chauffer l'eau est une méthode pratique et bon marché. Un indicateur tel que celui utilisé dans ce kit
indique quand le processus est terminé.
La pasteurisation est également importante dans l'industrie alimentaire. Elle sert à traiter le lait, les jus de fruits et bien d'autres aliments. Elle
tue les micro-organismes qu'ils contiennent et permet de le conserver plus longtemps.
Dépannage
Si l'eau ne chauffe pas à la température voulue (à laquelle la cire du WAPI fond et tombe dans le fond):
• Il se peut que la lumière du soleil ne soit pas suffisamment forte. Réessayer un jour ensoleillé, vers midi, lorsque le soleil est au plus haut et
que ses rayons sont les plus puissants. Éviter d'effectuer l'expérience par temps venteux.
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• Vérifier régulièrement que le collecteur est face au soleil (car l'orientation de la lumière du soleil change au long de la journée).
• Vérifier que le verre est bien en contact avec le film plastique sur toute sa circonférence. Au besoin, ajouter un lest (voir étape 6 ci-dessus).
Si le soleil est insuffisant dans ta région (ou si c'est l'hiver), ou s'il s'agit de faire la démonstration lors d'une activité scientifique, il est possible
d'utiliser une lampe de bureau avec une ampoule incandescente de 60W (pas une ampoule économique) en guise de soleil. Dans ce cas,
éclairer le réflecteur de près. Il sera possible d'atteindre la température de pasteurisation, mais ce sera plus long, car la lumière du soleil est
bien plus forte.
Attention: Un fonctionnement avec une lampe de bureau se fera toujours sous la supervision d'un adulte.
Anecdotes didactiques
• Le processus de pasteurisation a été inventé par le chimiste français Louis Pasteur, qui lui a donné son nom.
• La pasteurisation tue les micro-organismes contenus dans l'eau qui sont nocifs pour l'homme, comme la giardia, le choléra, la salmonelle, le
colibaccille et les rotavirus.
• La pasteurisation est différente de la stérilisation, qui tue tous les micro-organismes. L'eau ne peut être stérilisée que par ébullition.
F. LE PLAISIR CONTINUE - AUTRES EXPÉRIENCES
Attention: Opérer avec l'assistance et sous la supervision d'un adulte.
Utilise le kit pour réaliser d'autres expériences.
1. Sépare les sections de filtre. Effectue le filtrage avec un seul type de filtre. Compare les résultats et découvre les différentes fonctions des
différents matériaux de filtrage.
2. Avec la permission et l'aide d'un adulte, mélange différents liquides ou matériaux de cuisine (café, soda, corn-flakes...) pour créer
différentes mixtures d'eau « sale». N'oublie pas que la petite taille de la colonne ne lui permet pas de nettoyer entièrement certains liquides.
Elle démontre néanmoins le principe du filtrage. Note également que la colonne ne filtre pas les matériaux dissous dans l'eau. Par exemple, le
sucre dissous dans un soda restera dans le liquide filtré, même si le liquide semble clair. Nettoie la colonne et les filtres après chaque
expérience, car les matériaux organiques captés par les filtres peuvent se décomposer et devenir odorants.
3. Réalise un distillateur solaire avec l'assemblage de l'expérience 2. Verse de l'eau salée dans le verre. Pas besoin de glaçons. Dépose
l'assemblage sur le réflecteur argenté de l'expérience 3 et expose-le au soleil de midi. Tu devrais obtenir de l'eau pure, non salée. Peux-tu
expliquer comment ce distillateur solaire fonctionne?
4. Dans l'expérience 3, utilise un gobelet plastique blanc au lieu du noir ou enlève le couvercle de verre ou retire le réflecteur argenté.
Parviens-tu encore à atteindre la température de pasteurisation (65 °C)? Pourquoi?
G. DES CHIFFRES ALARMANTS
• Environ un cinquième de la population mondiale n'a pas accès à l'eau potable.
• Trois quarts de toutes les maladies et des décès dans les pays en développement sont dus à la contamination de l'eau par des maladies
telles que le choléra.
• Deux millions d'enfants meurent chaque année suite à la consommation d'eau non potable.
Contribue à sauver l'environnement en préservant nos ressources d'eau propre.
Questions et Commentaires
Notre clientèle nous est précieuse, et nous désirons que vous soyez satisfait de ce produit. Si vous avez des questions ou des commentaires,
ou si des pièces de ce kit devaient manquer ou être défectueuses, n’hésitez pas à contacter le distributeur dans votre pays. Son adresse est
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