Une expérience pour découvrir le principe de ruissellement et son impact au quotidien !
Difficulté
Facile
Durée
1 heure(s)
Disciplines scientifiques
Science de la terre
Introduction
On a vu sur la maquette de bassin versant que la pluie s’écoule jusqu’à une rivière, puis jusqu’à la mer.
Toute la pluie ? Pas si sûr ! Une partie de l’eau est absorbée par le sol. Le reste, qui s’écoule, est appelé ruissellement.- Matériel et outils
Barquette 
Petit récipient léger et rigide utilisé pour le conditionnement de produits alimentaires.
Eponge 
C'est une éponge.
Bassine 
Une bassine est un récipient ouvert et plus large que haut, pouvant comporter des poignées. Elles sont généralement en tôle galvanisée ou en matière plastique.
La bassine est un accessoire ménager très prisé dans les pays en voie de développement, où elle trouve de multiples usages, principalement alimentaire et pour le linge. Elle sert ainsi de récipient pour collecter et nettoyer de la nourriture (coquillages, légumes, etc.) ; elle permet de transporter le linge sale entre le domicile et le lavoir, avant de le ramener pour le faire sécher.
Le principal lieu de production des bassines est l'Asie du sud-est. Bouteille plastique 
Une bouteille, mais en plastique quoi
Vrille 
Une vrille est un outil manuel, avec en embout en spirale, permettant de faire des trous, d'un diamètre lié à la taille de l'outil, dans le bois1. C'est une sorte de mèche actionnée à la main.
Paire de ciseaux 
Outil tranchant qui permet de couper divers matériaux.
Aluminium 
Rouleau d'aluminium
Étape 1 - Préparer les éponges
Avant tout, il faut s’assurer que les éponges tiennent dans les barquettes plastiques choisies. Elles n’ont pas besoin d’en occuper tout l’espace, mais c’est mieux si c’est le cas ! Si besoin, découpe les pour les faire rentrer.
Dans l’idéal, il faudra 3 éponges identiques. Dans notre expériences, elles représenteront différents sols.
Pour cette expérience, il te faudra une éponge totalement sèche ! Pour cela, il faut bien l’essorer puis la faire sécher, au soleil ou sur un radiateur selon le temps (il est également possible de la mettre au four, si la température peut descendre en dessous de 80°C).
Découpe une feuille de plastique (ou d’aluminium) à la taille d’une des éponges.
Étape 2 - Préparer les barquettes
Les barquettes plastiques nous serviront de bassins versants. Tu peux déjà identifier ses limites ; les bords définissent la ligne de partage des eaux.
Pour l’estuaire, nous allons découper une ouverture au centre d’une des petites largeur de la barquette.
Découpe aux ciseaux une petite ouverture (quelques millimètres de largeur) sur chaque barquette.
Essaie de faire la même ouverture sur les trois barquettes.
Étape 3 - Préparer la pluie
Si tu as déjà utilisé une bouteille avec un bouchon percé pour une autre expérience, tu peux la récupérer et passer cette étape !
Poses le bouchon sur une table et perce une dizaine de trous en appuyant et tournant avec une vrille, une vis ou un clou. Plus tu auras de trous, plus ta pluie sera efficace !
Ensuite, tu peux remplir la bouteille d’eau et remettre le bouchon. Tu peux également ajouter du colorant alimentaire à l’eau si tu veux mieux la voir.
Étape 4 - Préparer les bassins versants
Maintenant, réunis le matériel :
Dans une des barquettes, place l’éponge sèche, le plus haut possible si elle n’occupe pas toute la place.
Dans une seconde, tu peux mettre une éponge humidifiée. Pour cela, plonge la dans l’eau puis essore la bien.
Dans la troisième, place une éponge gorgée d’eau.
Garde la feuille plastique de côté, elle te servira ensuite !
Étape 5 - Réalise l’expérience !
Fait pleuvoir de la même façon sur chaque éponge, regarde comment se comporte ton bassin versant.
Est-ce que tu vois des changements avec le temps ?
Observe bien l’eau ! Circule-t-elle de la même façon dans chaque barquette ? En vois-tu dans lesquelles ca déborde ?
Recommence l’expérience en plaçant la feuille de plastique sur l’éponge. Que remarques-tu ?
Comment ça marche ?
Observations : que voit-on ?
La pluie est absorbée par l'éponge humide et s'écoule tout doucement en sortie de la barquette.
Par contre, si l'éponge est sèche ou gorgée d'eau, elle s'écoule dessus ! On observe alors toute l'eau arriver à la sortie et ça déborde !
Si on arrose assez longtemps, ca change : l’éponge sèche commence à absorber de l’eau et l’éponge humide sature et n’arrive plus à retenir la pluie !
Enfin, quand on ajoute une couche étanche, quelque soit le sol en dessous, une grande partie de l’eau s’écoule directement jusqu’à l’estuaire.
Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?
- Si tu n’arroses pas chaque barquette de la même manière, impossible de comparer !
- Si les éponges sont trop similaires (toutes humides) il sera difficile d'observer la différence.
- Si l'ouverture de la barquette est trop grande, il n'y aura pas de débordement ou d'inondation !
Explications
Lorsque la pluie tombe, une partie de l’eau est absorbée par le sol et une autre se met à s’écouler à la surface ; on parle alors de ruissellement. Selon le sol, la pente et l’intensité de la pluie, la part de l’eau qui ruisselle peut varier. En hydrologie (l’étude des mouvements de l’eau) on parle de “Coefficient de Ruissellement”. Celui-ci s’exprime en pourcentage de l’eau qui ruisselle par rapport à la totalité de l’eau qui tombe sur une surface.
Ce coefficient varie selon le type de sol (sable, terre, route, etc.)
Dans notre expérience, le coefficient de ruissellement des éponges varie beaucoup selon leur taux d’humidité. Il est très élevé sur les éponges sèche et gorgée d’eau et plutôt faible sur l’éponge humide. Un même sol peut avoir un coefficient de ruissellement très différent selon son état.
Tu peux également essayer de refaire l’expérience en faisant varier l’inclinaison des éponges ou l’intensité de la pluie !
Lorsque l’on ajoute une couche étanche (feuille de plastique ou aluminium) - en hydrologie on parle de surface imperméable, l’eau qui tombe dessus ne peut pas atteindre le sol ! Elle se met alors à ruisseler. Même si elle ruisselle jusqu’à une couche dans laquelle elle peut s’infiltrer, celle-ci ne sera généralement pas capable d’absorber toute l’eau qui tombe sur sa surface en plus de celle qui arrive.
Plus d'explications
Tu as remarqué que nos éponges, même si on les essore bien, contiennent encore de l’eau ? C’est la même chose pour le sol ! Il a une capacité à retenir de l’eau. Pour un sol, la quantité d’eau qu’il peut absorber entre le moment ou il est essoré et le moment où il sature (il ne peut pas contenir plus d’eau) est appelée “réserve utile”. C’est la quantité d’eau qui peut en être facilement extraite, par les racines des plantes par exemple. Celle-ci est mesurée en millimètres de hauteur d’eau, comme la pluie. Elle varie principalement selon le type de sol (graviers, sable, terre argileuse).
Lorsqu’une éponge est gorgée d’eau (dès le début ou après quelques instants d’arrosage) elle n’est plus capable d’en absorber. Son coefficient de ruissellement monte alors jusqu’à 100% (toute l’eau ruisselle) ! Pareil pour le sol, si la pluie est trop intense ou dure trop longtemps, il finira par saturer.
Nos éponges ont des coefficients de ruissellement très différent selon leur état.
De la même façon, l’inclinaison ou le relief du sol peut influer fortement sur le ruissellement. Tu peux tester ca facilement chez toi ; l’eau va très rapidement se mettre s’écouler sur les surfaces qui ne sont pas horizontales. Un sol en pente aura un coefficient de ruissellement bien supérieur à une même surface à l’horizontale. Au contraire, si ton sol a des bosses et des creux, ceux-ci vont ralentir l’écoulement de l’eau et l’aider à s’infiltrer.
Dernière modification 28/02/2023 par user:UnAutreJules.
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