Fabrication d'une maquette de bassin versant en polystyrène extrudé. Cette fiche propose aussi quelques idées pour animer avec la maquette.
Difficulté
Technique
Durée
1 jour(s)
Disciplines scientifiques
Science de la terre, Science de la vie
Introduction
À travers une expérience très simple, nous allons découvrir comment l’eau s’écoule après une pluie. Pour cela, nous utiliserons une maquette de bassin versant qui recrée un paysage simple mais très explicite sur l’écoulement de l’eau
- Matériel et outils
Styrodur 
Panneau de polystyrène extrudé
dimension 60 x 125 cm
épaisseur 40 mm Cutter 
Un cutter (ou couteau à lame rétractable) est un outil qui permet de couper des matériaux fins et peu résistants. Il est en général muni d'une lame mobile qui est masquée lorsque l'objet n'est pas utilisé (pour plus de sécurité).
Papier à poncer
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Feuille abrasive de "grain" variable utilisée pour poncer du bois ou divers matériaux.
Peinture - gouache
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Peinture d'écolier, présentée en tubes (pâte) ou en bidon (liquide)
Piques à brochette 
Un pic à brochette est une tige en bois fine (bambou, pin...)
Il permet d'assembler des morceaux de viandes ou de légumes pour réaliser de délicieuses brochettes aux barbecues ou au four....
Étape 1 - découpe et assemblage des couches
Commencez par découper le polystyrène et faire plusieurs couches, afin de créer le relief de la maquette.
Puis, collez les couches entre elles avec de la colle blanche (vous pouvez utiliser d'autres colles, mais il faut les tester sur des chutes).
Plantez des pics à brochette pour stabiliser et renforcer la structure (attention à ce qu'ils ne dépassent pas).
Étape 2 - mise en forme
Cassez les angles pour donner la forme de la pente en les coupant au cutter. L’idée est de dégrossir le travail avant le ponçage.
Poncez au papier de verre gros grain de préférence, vous pouvez aussi utiliser des limes à bois.
Étape 3 - création de la rivière
Arrivé à cette étape, vous devriez avoir la forme de montagne que vous vouliez. Il faut maintenant tracer votre rivière et la creuser.
Pour cela, vous pouvez utiliser le cutter et le papier à poncer (vous pouvez aussi improviser avec d'autres outils, comme des limes à bois de menuisier).
Votre rivière doit permettre à l'eau de bien s'écouler (vous pouvez tester la pente de la rivière avec une bille).
Étape 4 - ponçage et finition
Lissez la maquette en ponçant avec du papier de verre au grain de plus en plus fin (par exemple 80, 120, 200).
Étape 5 - peinture
Avant de peindre, testez la peinture sur une chute de polystyrène (attention : certaines peintures contiennent un solvant qui attaque le polystyrène).
Pour finir, il vous reste à peindre la maquette avec la peinture de votre choix . Si vous utilisez de la gouache, il faudra la vernir. Pour avoir plusieurs couleurs et ne pas avoir besoin de vernir, nous avions pris les format test des rayons peinture cuisine et salle de bain ( moins de 2€ par pot).
Étape 6 - test
Installez une bassine au bas de votre maquette et testez-la en faisant pleuvoir au sommet du relief (avec une bouteille au bouchon percé de petits trous par exemple).
Il sera peut-être nécessaire de rajouter quelques chutes sur les bords.
Comment ça marche ?
Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?
Il faut bien faire attention avec la colle et la peinture que vous utilisez, faire des essais sur des chutes et vérifier qu'elles n'attaquent pas le polystyrène.
Pensez à tester votre rivière avant de peindre, afin d'éviter d'avoir à creuser à nouveau et faire des retouches de peinture.
Respectez les temps de séchage de la peinture et de la colle pour avoir le meilleur résultat possible.
Explications
Une maquette de bassin versant permet de se familiariser avec le cycle naturel de l'eau et de réaliser de nombreuses observations et expériences en reconstituant le comportement de l'eau dans le paysage. En versant de l'eau en pluie sur les hauteurs de la maquette, on peut observer le chemin pris par l'eau en fonction des reliefs.
Quand toute l'eau qui tombe sur une zone se retrouve au même point à l'arrivée (la même embouchure de rivière), cette zone est appelée un bassin versant. Sur les hauteurs, l'eau s'écoule de part et d'autre de lignes qui correspondent aux limites de différents bassins versants. Ces lignes sont appelées lignes de crête.
On observera que l'eau qui ruisselle sur le bassin versant rejoint des ruisseaux, des rivières puis s'écoule finalement en mer, où le cycle naturel de l'eau se poursuivra avec l'évaporation, qui forme les nuages, dont les pluies ramèneront l'eau sur les terres.
Un aspect du cycle naturel de l'eau reste difficilement visible sur ce type de maquette, il s'agit de l'infiltration d'une partie des eaux de pluie dans les sols (puisque le polystyrène une fois peint ou verni est imperméable). Mais l'ajout de quelques éléments sur la maquette (éponges, sable) permet d'aborder ce point.
Plus d'explications
Une maquette de bassin versant peut être animée et complétée selon les notions que l'on souhaite aborder. On pourra par exemple ajouter au sol, notamment sur les bords et aux embouchures des rivières, des morceaux de mousse ou d'éponge, du sable, de la terre, pour illustrer le comportement de l'eau dans des zones humides et les marais littoraux.
Sur les pentes du bassin versant, on peut disposer de longs boudins de pâte à modeler, pour représenter les sillons des champs cultivés et les talus qui bordent certaines parcelles agricoles. En ajoutant des carréponges sur les "champs" et les berges des rivières, ceux-ci absorberont en partie l'eau, comme le font les haies et le couvert végétal que l'on fait pousser entre les récoltes pour limiter le ruissellement.
Applications : dans la vie de tous les jours
La circulation de l'eau est essentielle dans notre environnement. Depuis l'antiquité, les populations humaines se sont installées à proximité directe de la ressource en eau , et ont utilisé les cours d'eau pour le transport, la pêche, ou l'irrigation. Aujourd'hui l'eau fait partie des grands enjeux de gestion des territoires. Les activités humaines (agriculture, industrie, aménagements) peuvent avoir des conséquences importantes sur la qualité de l'eau et sa disponibilité. Avec les effets du changement climatique, la gestion durable de l'eau et des milieux aquatiques est plus que jamais décisive pour lutter contre la sécheresse, les inondations, la pollution et l'effondrement de la biodiversité.
Vous aimerez aussi
Voir aussi sur wikidebrouillard l'expérience : Eponge contre inondation, dont on peut réaliser une variante directement sur la maquette de bassin versant.
Pour mieux comprendre le rôle joué par les sols, les zones humides et la végétation dans la filtration de l'eau : Filtration de l'eau.
Éléments pédagogiques
Objectifs pédagogiques
- visualiser la partie terrestre du cycle naturel de l'eau
- savoir reconnaitre et nommer les principaux milieux aquatiques (rivière estuaire, zone humide, littoral...) et les composantes du bassin versant (rivière, affluent, berges, lignes de crête...)
- illustrer et comprendre les problématiques liées à l'aménagement du territoire et à la gestion du bassin versant (ruissellement, inondations, pollutions, qualité de l'eau, biodiversité, agriculture, production d'eau potable...)
Pistes pour animer l'expérience
En introduction, la maquette de bassin versant est un bon support pour situer les connaissances des participants sur le cycle de l'eau
Il est très intéressant de comparer la quantité et la vitesse de ruissellement de l'eau entre une maquette de bassin versant "nue"- équipée de sillons agricoles tracés dans le sens de la pente- avec une maquette équipée de sillons tracés dans le sens perpendiculaire à la pente, de zones humides, de haies et de couvert végétal (éponges et autre matériaux absorbants), et de faire le lien avec les enjeux liés aux inondations et à la pollution.
On peut également tester les impacts d'évènements particuliers : un épisode de pluies très important, d'un encombrement de la rivière par des déchets végétaux ou artificiels, ou encore de contructions sur les berges.
Pour mieux comprendre la vulnérabilité des cours d'eau, il est intéressant aussi de verser sur la maquette quelques gouttes de colorant qui symboliseront des polluants chimiques ou organiques (lisiers, engrais...) et d'observer leur trajet. Une partie pourra être filtrée ou piégée par les sols, la végétation et les zones humides, mais ces milieux et la biodiversité qu'ils abritent pourront être contaminés. En cas de pollution importante, les polluants risquent de se répandre jusque sur le littoral et de polluer le milieu marin.
Sources et ressources
Sur les cycles naturel et domestique de l'eau :
- Emission "C'est pas sorcier" de France Télévisions
- la page Wikipedia "Cycle de l'eau"
Pour tout savoir sur le bassin versant Loire-Bretagne sur Wikipedia : [1]
Dernière modification 28/04/2023 par user:Quentin G..
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