Activité CDS #42 Les prérequis Témoignages et Réflexions Serge Brouyère & Philippe Orban Faculté des Sciences appliquées Département ArGEnCo Hydrogéologie et Géologie de l’Environnement 20 novembre 2012

Séminaire CDS les prérequis: témoignages et réflexions Contexte Cours ENVT0858 Assainissement des sols et des eaux souterraines (in-situ) et GEOL0272 Gestion quantitative des eaux souterraines et de surface Master 2 en sciences et gestion de l’environnement, campus d’Arlon pas bachelier! … Formation assez transversale et pluridisciplinaire Ouvert à des diplômés bacheliers venant de beaucoup de domaines (pas de bac organisé à Arlon dans la filière) … mais venant de tous horizons comme en Bac1! Prérequis normal: cours ‘Eaux souterraines’ (Master SGE 1, A.Dassargues), mais dispenses régulières sur base des cours de bac 4 à 6 étudiants / an jusqu’à présent Désolé, mais intégrer les travaux de P.Orban m’est apparu trop lourd. Il n’était pas là et je n’ai pas pu le sollicité. Mais j’ai développé ma partie notamment avec qq diapos qui illustrent les concepts rattachés à mes prérequis Mardi 20 novembre 2012 Séminaire CDS les prérequis: témoignages et réflexions

ENVT0858 : Identification des prérequis (étape 1) Objectif général du cours: disposer de connaissances théoriques et pratiques et d’un esprit critique relatifs à la caractérisation de sites pollués au niveau du sol et des eaux souterraines, dans une optique de dépollution Mardi 20 novembre 2012 Séminaire CDS les prérequis: témoignages et réflexions

ENVT0858 : Identification des prérequis (étape 1) Bases fondamentales Partitionnement des polluants entre les phases du sous-sol (solide, eau, air…)  bases fondamentales de physique (grandeurs) et de chimie (propriétés) Phase gazeuse (Cg) Phase aqueuse (Cw) Quand on polluant s’infiltre dans le milieu souterrain, il se retrouve au contact du matériau constituant le squelette poreux (roche…), d’eau (phase aqueuse), d’air (phase gazeuse) et parfois sous forme de phase liquide peu soluble dans l’eau (phase non aqueuse). Selon son affinité avec toutes ces phases, il sera plus ou moins solubilisé dans l’eau, volatilisé dans l’air, attaché au solide et sa mobilité dans le milieu souterrain en est potentiellement affectée (un polluant qui adhère fort au solide bouge beaucoup moins qu’un polluant qui est très soluble dans l’eau qui s’infiltre. On peut évaluer ce comportement si on est capable de bien décrire ce système (proportions des différentes phases qui le composent, concentration en polluant dans l’eau, dans l’air…). Pour cela, il faut maîtrise des grandeurs physiques et chimiques de base : volumes, masses volumiques, porosité, concentration… et quelques propriétés physiques et chimiques fondamentales (solubilité, volatilité…) ? Phase solide (Cs) Phase non aqueuse (Cnaq) Mardi 20 novembre 2012 Séminaire CDS les prérequis: témoignages et réflexions

ENVT0858 : Identification des prérequis (étape 1) Bases fondamentales Mobilité de l’eau et des polluants dans le sous-sol  notions d’hydraulique souterraine Débit à travers la section A de sol : Q [unités : m³//s) Flux de Darcy à travers le sol : qD = Q/A [unités : m/s] Vitesse des polluants à travers le sol: ve = qD/neff [unités : m/s] neff = porosité effective du sol Confusion fréquente des notions Le milieu souterrain (sol, sous-sol) est un milieu poreux (des petits vides et petites fissures entre les éléments solides qui font son squelette. L’eau (la pluie au départ) y circule via ce réseau de pores interconnectés. Si on prend un volume de milieu poreux (par exemple la colonne de sol représentée en bleu sur la figure), le débit d’eau souterraine Q qui y circule est la quantité d’eau qui s’écoule hors de la colonne à travers la surface A (ronde ici) par unité de temps (par ex par seconde). Si on calcule le débit par section unitaire d’écoulement, on obtient le flux d’eau souterraine qD (appelé flux de Darcy du nom de l’inventeur de la loi du même nom), avec qD = Q/A. Le débit Q étant en m³/s et la section A en m², qD s’exprime en m/s. Ceci entraine souvent une confusion et une erreur fondamentale. Beaucoup assimilent qD à la vitesse réelle de déplacement des molécules d’eau et des polluants qui sont entraînés avec. Ceci est faux parce que cela revient à dire que l’eau et les polluant s’écoulent sur toute la section A de milieu poreux, alors qu’une partie est encombrée par les éléments solides du squelette poreux. L’eau ne s’écoule qu’à travers une partie Aeff de la section correspondant à la proportion de vides interconnectés que l’on appelle porosité effective. La vitesse réelle d’écoulement est donc Q/Aeff = Q/(A x neff) = qD/neff Ces notions (et la loi de Darcy qui en découle) sont fondamentales en hydrogéologie puisque c’est la base de tous les mécanismes d’écoulement de l’eau et de mobilité des polluants dans le sol et le sous-sol Mardi 20 novembre 2012 Séminaire CDS les prérequis: témoignages et réflexions

ENVT0858 : Identification des prérequis (étape 1) Pertinence des prérequis sélectionnés (critères de Romainville) Non-maîtrise: chaque année, sur 4 ou 5 étudiants, au moins 2 pour qui l’un ou l’autre des prérequis est déficient Mesurables : oui, par un test d’évaluation sur base de quelques questions ou exercices Pouvant être enseignés / développés dans un délai et avec des moyens raisonnables : 1er : ok 2ème : besoin d’identifier concepts absolument fondamentaux d’hydraulique souterraine qui doivent être maîtrisés et à quel niveau Cruciaux : beaucoup d’aspects de la compréhension du cours en découlent Mardi 20 novembre 2012 Séminaire CDS les prérequis: témoignages et réflexions

ENVT0858 : Objectifs pédagogiques du cours Savoirs factuels connaître le vocabulaire spécifique du domaine (processus et grandeurs physiques et chimiques, termes techniques, acronymes tels que NAPL etc ...) sources fiables d’informations (livres et sites web de référence où aller pêcher l'information) pouvoir expliquer une série de notions fondamentales liées au domaine du cours (partitionnement, processus de transport ...) connaître les principales techniques de dépollution des sols et des eaux souterraines (catalogue) Dans la description des objectifs pédagogiques du cours, j’ai mis en bleu les principaux aspects qui me semblent en liaison avec les notions fondamentales sur lesquelles j’ai élaboré les deux prérequis. Mardi 20 novembre 2012 Séminaire CDS les prérequis: témoignages et réflexions

ENVT0858 : Objectifs pédagogiques du cours Savoirs conceptuels pouvoir classifier les polluants en catégories en fonction de leur affinité avec certaines phases du milieu souterrain et leur mobilité, dans une optique de baliser les étapes d'une analyse / caractérisation plus poussée du site pollué connaître, comprendre, appliquer et critiquer des modèles conceptuels de transport des polluants en milieu souterrain connaître, comprendre, appliquer et critiquer des modèles d'évaluation des risques liés à une pollution sol/nappe Mardi 20 novembre 2012 Séminaire CDS les prérequis: témoignages et réflexions

ENVT0858 : Objectifs pédagogiques du cours Savoirs procéduraux pourvoir faire un calcul de partitionnement des polluants en milieu souterrain pouvoir calculer le transport d'un polluant dissous en milieu souterrain à l'aide d'outils de calcul existants pouvoir faire une évaluation des risques à l'aide d'outils de calculs existant connaître (catalogue et exemples), pouvoir expliquer et, dans une certaine mesure, pouvoir mettre en œuvre et interpréter (planification, dimensionnement) des essais spécifiques (labo, terrain) pour la caractérisation d'un site pollué pouvoir évaluer, vérifier et critiquer des résultats et interprétations d'essais spécifiques pouvoir évaluer et critiquer un diagnostic de pollution sol / nappe (état du site, évaluation des risques réalisée ...) se rappeler des éléments du cadre légal (potentiellement) relatif à la problématique sols pollués et pouvoir s'y référer, aller rechercher l'info pertinente. Mardi 20 novembre 2012 Séminaire CDS les prérequis: témoignages et réflexions

ENVT0858 : Objectifs pédagogiques du cours Savoir métacognitifs évaluation continue de son niveau d'assimilation de la matière (via TP etc) et connaissance de ses limites de compétences ? Mardi 20 novembre 2012 Séminaire CDS les prérequis: témoignages et réflexions

ENVT0858 : Correspondance prérequis - objectifs Objectif spécifique Bases fondamentales de physique et de chimie  vocabulaire spécifique du domaine Sources fiables d’informations principales techniques de dépollution des sols et des eaux souterraines classifier les polluants en catégories en fonction de leur mobilité, affinité avec certaines phases … connaître, comprendre, appliquer et critiquer des modèles conceptuels de transport des polluants connaître, comprendre, appliquer et critiquer des modèles d'évaluation des risques Notions d’hydraulique souterraine  calcul de partitionnement des polluants calcul de transport d'un polluant dissous en milieu souterrain faire une évaluation des risques connaître, expliquer et, dans une certaine mesure, mettre en œuvre et interpréter (planification, dimensionnement) des essais spécifiques évaluer, vérifier et critiquer des résultats et interprétations d'essais spécifiques évaluer et critiquer un diagnostic de pollution sol / nappe se rappeler des éléments du cadre légal 7/13 objectifs en relation grandeurs physiques fondamentales (volumes, masses …) et leurs dérivées densité, masse volumique, porosité…), unités et conversion… 10/13 objectifs en relation loi de Darcy, flux, vitesse et débit de l’eau au sein du milieu souterrain Mardi 20 novembre 2012 Séminaire CDS les prérequis: témoignages et réflexions

ENVT0858 : Activité de remédiation PR1 Grandeurs physiques et unités Objectifs pédagogiques du prérequis connaître et comprendre les grandeurs physiques de base (volume, masse, densité, porosité …) car nécessaire aux autres objectifs, mais pas l’objet d’une évaluation dans le cadre du cours pouvoir calculer des grandeurs dérivées (densité, porosité…) à partir de grandeurs fondamentales, dans le cadre du domaine spécifique du cours et implémenter ces calculs dans des tâches plus avancées (interprétations de mesures sur échantillons, ordres de grandeurs pour la paramétrisation d’un modèle…) Mardi 20 novembre 2012 Séminaire CDS les prérequis: témoignages et réflexions

ENVT0858 : Activité de remédiation PR1 Grandeurs physiques et unités Rappel théorique des notions de base Méthode Objectif d’apprentissage Mode d’apprentissage Timing & Calendrier Évaluation Rappel en présentiel des notions de base (powerpoint) Rappel Transmission – réception 1/2h 1ère séance de cours -- Exercices en présentiel Exécution Exercisation – guidage Corrigé en présentiel Test formatif en ligne (WebCT) (non réalisé à ce jour) Métaréflexion Évaluation continue possible (en ligne) Cote en ligne + feedback sur les erreurs Mardi 20 novembre 2012 Séminaire CDS les prérequis: témoignages et réflexions

Séminaire CDS les prérequis: témoignages et réflexions ENVT0858 : Activité de remédiation PR1 Grandeurs physiques et unités Intégration dans des énoncés de TPs et exercices plus élaborés Méthode Objectif d’apprentissage Mode d’apprentissage Timing & Calendrier Évaluation Présentation du TP / exercice Implémentation (au domaine spécifique) Exercisation – guidage f(prog. du cours) -- Résolution avec support/ feedback à la demande Semaine qui suit Rapport de TP Rapport TP à rendre la semaine suivante Cotation du rapport de TP Mardi 20 novembre 2012 Séminaire CDS les prérequis: témoignages et réflexions

ENVT0858 : Activité de remédiation PR2 la loi de Darcy Objectifs pédagogiques du prérequis connaître, comprendre, interpréter et expliquer la loi de Darcy et ses dérivés : c’est une notion tellement fondamentale qu’elle doit au final faire partie des connaissances de base de l’étudiant exécuter : pouvoir l’appliquer pour calculer un flux d’eau souterraine, un débit et une vitesse effective critiquer : faire la part des choses de manière univoque entre débit d’eau souterraine, flux d’eau souterraine (« vitesse » de Darcy) et vitesse effective de l’eau et des polluants en milieu souterrain Mardi 20 novembre 2012 Séminaire CDS les prérequis: témoignages et réflexions

ENVT0858 : Activité de remédiation PR2 la loi de Darcy Méthode Objectif d’apprentissage Mode d’apprentissage Timing & Calendrier Évaluation Rappel théorique en présentiel (powerpoint + doc de synthèse (fiches avec P.Orban?) Reconnaissance – Rappel, compréhension Transmission – réception 1/2h, f(planning cours) Questions possibles (résumer, expliquer) à l’examen Mardi 20 novembre 2012 Séminaire CDS les prérequis: témoignages et réflexions

ENVT0858 : Activité de remédiation PR2 la loi de Darcy Méthode Objectif d’apprentissage Mode d’apprentissage Timing & Calendrier Évaluation Distinction débit / flux / vitesse: TP remplissage d’un vase (+ graviers) Compréhension Exercisation – guidage, expérimentation – réactivité Débat? 1h Discussion – Débat? Intégration dans des énoncés de TPs et exercices plus élaborés Idem activité de remédiation PR1 (2ème partie) Mardi 20 novembre 2012 Séminaire CDS les prérequis: témoignages et réflexions

Séminaire CDS les prérequis: témoignages et réflexions Conclusions Activités de remédiation non encore explicitement testées … faute de combattant il y a deux ans et … d’un bon millésime l’année passée!  Il y a deux ans: pas d’étudiant dans ce cours. L’année passée, 4 mais qui avaient pour une fois de très bonnes bases! Mardi 20 novembre 2012 Séminaire CDS les prérequis: témoignages et réflexions

Séminaire CDS les prérequis: témoignages et réflexions Conclusions Néanmoins, plusieurs acquis de la formation TDS Meilleure formulation des prérequis et objectifs au début de mes cours et triple concordance objectif – méthode – évaluation Utilisation des idées développées module conversion unités, idée du « vase rempli de graviers » dans d’autres enseignements (ex: cours « sol » à HEC maîtrise spéciale en management environnemental, public très varié aussi! Développement d’autres « outils », par exemple des listes de mots-clés (vocabulaire) à la fin de chaque présentation Mardi 20 novembre 2012 Séminaire CDS les prérequis: témoignages et réflexions