ISO 17556:2019
(Main)Plastics — Determination of the ultimate aerobic biodegradability of plastic materials in soil by measuring the oxygen demand in a respirometer or the amount of carbon dioxide evolved
Plastics — Determination of the ultimate aerobic biodegradability of plastic materials in soil by measuring the oxygen demand in a respirometer or the amount of carbon dioxide evolved
This document specifies a method for determining the ultimate aerobic biodegradability of plastic materials in soil by measuring the oxygen demand in a closed respirometer or the amount of carbon dioxide evolved. The method is designed to yield an optimum degree of biodegradation by adjusting the humidity of the test soil. If a non-adapted soil is used as an inoculum, the test simulates the biodegradation processes which take place in a natural environment; if a pre-exposed soil is used, the method can be used to investigate the potential biodegradability of a test material. This method applies to the following materials: — natural and/or synthetic polymers, copolymers or mixtures of these; — plastic materials which contain additives such as plasticizers or colorants; — water-soluble polymers. It does not necessarily apply to materials which, under the test conditions, inhibit the activity of the microorganisms present in the soil. Inhibitory effects can be measured using an inhibition control or by another suitable method. If the test material inhibits the microorganisms in the soil, a lower test material concentration, another type of soil or a pre-exposed soil can be used.
Plastiques — Détermination de la biodégradabilité aérobie ultime des matériaux plastiques dans le sol par mesure de la demande en oxygène dans un respiromètre ou de la teneur en dioxyde de carbone libéré
Le présent document spécifie une méthode de détermination de la biodégradabilité aérobie ultime des matériaux plastiques dans le sol en mesurant la demande en oxygène dans un respiromètre fermé ou la quantité de dioxyde de carbone libéré. La méthode est conçue pour produire un taux de biodégradation optimal en ajustant l'humidité du sol d'essai. Si un sol non modifié est utilisé comme inoculum, l'essai simule les processus de biodégradation qui ont lieu dans un environnement naturel; si un sol pré-exposé est utilisé, la méthode peut être utilisée pour étudier la biodégradabilité potentielle d'un matériau d'essai. Cette méthode est applicable aux matériaux suivants: — polymères, copolymères naturels et/ou synthétiques ou leurs mélanges; — matériaux plastiques contenant des additifs tels que plastifiants ou colorants; — polymères solubles dans l'eau. Elle ne s'applique pas nécessairement aux matériaux qui, dans les conditions de l'essai, ont un effet inhibiteur vis-à-vis de l'activité des micro-organismes présents dans le sol. Les effets inhibiteurs peuvent être déterminés au moyen d'un contrôle de l'inhibition ou par une autre méthode appropriée. Si le matériau d'essai a un effet inhibiteur vis-à-vis des micro-organismes présents dans le sol, il est possible d'utiliser une concentration de matériau d'essai plus faible, un autre type de sol ou un sol pré-exposé.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 17556
Third edition
2019-05
Plastics — Determination of the
ultimate aerobic biodegradability
of plastic materials in soil by
measuring the oxygen demand in
a respirometer or the amount of
carbon dioxide evolved
Plastiques — Détermination de la biodégradabilité aérobie ultime des
matériaux plastiques dans le sol par mesure de la demande en oxygène
dans un respiromètre ou de la teneur en dioxyde de carbone libéré
Reference number
©
ISO 2019
© ISO 2019
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Published in Switzerland
ii © ISO 2019 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Principle . 3
5 Test environment . 4
6 Materials . 4
7 Apparatus . 4
8 Procedure. 4
8.1 Preparation of the test material . 4
8.2 Preparation of the reference material . 5
8.3 Preparation of the test soil . 5
8.3.1 Collection and sieving of soil . 5
8.3.2 Preparation of standard soil . 6
8.3.3 Measurement of soil characteristics . 7
8.3.4 Adjustment of the water content and the pH of the soil . 7
8.3.5 Handling and storage of the soil . 7
8.4 Start-up and execution of the test . 7
9 Calculation and expression of results . 9
9.1 Calculation . 9
9.1.1 Percentage biodegradation from oxygen consumption values . 9
9.1.2 Percentage biodegradation from carbon dioxide evolved . 9
9.2 Expression and interpretation of results .10
10 Validity of results .10
11 Test report .10
Annex A (informative) Principle of a manometric respirometer (example) .12
Annex B (informative) Example of a system for measuring the amount of carbon dioxide
evolved .13
Annex C (informative) Examples of methods for the determination of evolved carbon dioxide .14
Annex D (informative) Theoretical oxygen demand (ThOD) .16
Annex E (informative) Example of a determination of the amount and the molecular mass
of water-insoluble polymer remaining at the end of a biodegradation test .17
Annex F (informative) Examples of long-term tests .18
Annex G (informative) Interlaboratory test .22
Bibliography .26
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following
URL: www .iso .org/iso/foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 61, Plastics, Subcommittee SC 14,
Environmental aspects.
This third edition cancels and replaces the second edition (ISO 17556:2012), which has been technically
revised. The main changes compared to the previous edition are as follows:
a) the unit for BOD, COD and DIC has been corrected (see Clause 3);
b) the formula for calculating the percent biodegradation has been modified (see 9.1.1);
c) the test period has been revised to two years at the longest (see Clause 4);
d) the number of replicates has been corrected to three (see 9.2).
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/members .html.
iv © ISO 2019 – All rights reserved
Introduction
A number of plastic materials and products have been designed for applications ending up in or on
soil. They have been developed for applications where biodegradation is beneficial from a technical,
environmental, social or economic standpoint. Examples can be found in agriculture (e.g. mulching
film), horticulture (e.g. twines and clips, flower pots, pins), funeral items (e.g. body bags), recreation (e.g.
plastic “clay” pigeons for shooting, hunting cartridges), etc. In many cases, recovery and/or recycling of
these plastic items is either difficult or not economically viable. Various types of biodegradable plastics
have been developed which have been designed to biodegrade and disappear in situ at the end of their
useful life. Several International Standards specify test methods for determining the ultimate aerobic
or anaerobic biodegradation of plastic materials in aqueous or compost conditions. Considering the
use and disposal of biodegradable plastics, it is important to establish a test method to determine the
ultimate aerobic biodegradation of such plastic materials in soil.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 17556:2019(E)
Plastics — Determination of the ultimate aerobic
biodegradability of plastic materials in soil by measuring
the oxygen demand in a respirometer or the amount of
carbon dioxide evolved
WARNING — Appropriate precautions should be taken when handling soil because it might
contain potentially pathogenic organisms. Toxic test compounds and those whose properties
are unknown should be handled with care.
1 Scope
This document specifies a method for determining the ultimate aerobic biodegradability of plastic
materials in soil by measuring the oxygen demand in a closed respirometer or the amount of carbon
dioxide evolved. The method is designed to yield an optimum degree of biodegradation by adjusting the
humidity of the test soil.
If a non-adapted soil is used as an inoculum, the test simulates the biodegradation processes which take
place in a natural environment; if a pre-exposed soil is used, the method can be used to investigate the
potential biodegradability of a test material.
This method applies to the following materials:
— natural and/or synthetic polymers, copolymers or mixtures of these;
— plastic materials which contain additives such as plasticizers or colorants;
— water-soluble polymers.
It does not necessarily apply to materials which, under the test conditions, inhibit the activity of the
microorganisms present in the soil. Inhibitory effects can be measured using an inhibition control or
by another suitable method. If the test material inhibits the microorganisms in the soil, a lower test
material concentration, another type of soil or a pre-exposed soil can be used.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 10390, Soil quality — Determination of pH
ISO 10694, Soil quality — Determination of organic and total carbon after dry combustion (elementary
analysis)
ISO 11274, Soil quality — Determination of the water-retention characteristic — Laboratory methods
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
3.1
ultimate aerobic biodegradation
breakdown of an organic compound by microorganisms in the presence of oxygen into carbon dioxide,
water and mineral salts of any other elements present (mineralization) plus new biomass
3.2
biochemical oxygen demand
BOD
mass concentration of dissolved oxygen consumed under specified conditions by the aerobic biological
oxidation of a chemical compound or organic matter
Note 1 to entry: It is expressed as milligrams of oxygen uptake per kilogram of test soil.
3.3
dissolved organic carbon
DOC
part of the organic carbon in water which cannot be removed by specified phase separation
Note 1 to entry: It is expressed as milligrams of carbon per litre.
−2
Note 2 to entry: Typical means of separation are centrifugation at 40 000 m⋅s for 15 min or membrane filtration
using membranes with pores of diameter 0,2 µm to 0,45 µm.
3.4
theoretical oxygen demand
ThOD
maximum theoretical amount of oxygen required to oxidize a chemical compound completely, calculated
from the molecular formula
Note 1 to entry: It is expressed as milligrams of oxygen uptake per milligram or gram of test compound.
3.5
theoretical amount of evolved carbon dioxide
ThCO
maximum theoretical amount of carbon dioxide evolved after completely oxidizing a chemical
compound, calculated from the molecular formula
Note 1 to entry: It is expressed as milligrams of carbon dioxide evolved per milligram or gram of test compound.
3.6
lag phase
time, measured in days, from the start of a test until adaptation and/or selection of the degrading
microorganisms is achieved and the degree of biodegradation of a chemical compound or organic
matter has increased to about 10 % of the maximum level of biodegradation (3.8)
3.7
biodegradation phase
time, measured in days, from the end of the lag phase (3.6) of a test until about 90 % of the maximum
level of biodegradation (3.8) has been reached
3.8
maximum level of biodegradation
degree of biodegradation of a chemical compound or organic matter in a test, above which no further
biodegradation takes place during the test
3.9
plateau phase
time from the end of the biodegradation phase (3.7) until the end of the test
Note 1 to entry: It is measured in days.
2 © ISO 2019 – All rights reserved
3.10
pre-conditioning
pre-incubation of soil under the conditions of the subsequent test in the absence of the chemical
compound or organic matter under test, with the aim of improving the performance of the test by
acclimatization of the microorganisms to the test conditions
3.11
pre-exposure
pre-incubation of soil in the presence of the chemical compound or organic matter under test, with the
aim of enhancing the ability of the soil to biodegrade the test material by adaptation and/or selection of
the microorganisms
3.12
water content
mass of water which evaporates from the soil when the soil is dried to constant mass at 105 °C, divided
by the dry mass of the soil
Note 1 to entry: This is simply the ratio between the mass of the water and that of the soil particles in a soil sample.
3.13
total water-holding capacity
mass of water which evaporates from soil saturated with water when the soil is dried to constant mass
at 105 °C, divided by the dry mass of the soil
3.14
total organic carbon
TOC
amount of carbon bound in an organic compound
Note 1 to entry: It is expressed as milligrams of carbon per 100 mg of the compound.
4 Principle
This method is designed to yield the optimum rate of biodegradation of a plastic material in a test soil
by controlling the humidity of the soil, and to determine the ultimate biodegradability of the material.
The plastic material, which is the sole source of carbon and energy, is mixed with the soil. The mixture
is allowed to stand in a flask over a period of time during which the amount of oxygen consumed
(BOD) or the amount of carbon dioxide evolved is determined. Provided the CO evolved is absorbed,
the BOD can be determined, for example, by measuring the amount of oxygen required to maintain
a constant gas volume in a respirometer flask, or by measuring either automatically or manually the
change in volume or pressure (or a combination of the two). An example of a suitable respirometer is
shown in Annex A. The amount of carbon dioxide evolved is measured at intervals dependent on the
biodegradation kinetics of the test substance by passing carbon-dioxide-free air over the soil and then
determining the carbon dioxide content of the air by a suitable method. Examples of suitable methods
are given in Annexes B and C.
The level of biodegradation, expressed as a percentage, is determined by comparing the BOD with
the theoretical oxygen demand (ThOD) or by comparing the amount of carbon dioxide evolved with
the theoretical amount (ThCO ). The influence of possible nitrification processes on the BOD has to
be considered. The normal test period is six months. The test may be shortened or extended until the
plateau phase (see 3.9) is reached, but the total test period shall not exceed two years.
Unlike ISO 11266, which is used for a variety of organic compounds, this document is specially designed
to determine the biodegradability of plastic materials.
5 Test environment
Incubation shall take place in the dark or in diffused light in an enclosure which is free from vapours
toxic to microorganisms and is maintained at a temperature constant to within ±2 °C in the range
between 20 °C and 28 °C, preferably 25 °C.
6 Materials
6.1 Distilled water, containing less than 2 mg of DOC per litre.
6.2 Carbon dioxide absorber, preferably soda lime pellets.
7 Apparatus
Ensure that all glassware is thoroughly cleaned and, in particular, free from organic or toxic matter.
7.1 Closed respirometer, including test flasks and all other necessary equipment, located in a
constant-temperature enclosure or in a thermostatically controlled apparatus (e.g. a water-bath). An
example is described in Annex A.
Any respirometer capable of determining with sufficient accuracy the biochemical oxygen demand is
suitable, preferably an apparatus which measures and automatically replaces the oxygen consumed
so that no oxygen deficiency and no inhibition of the microbial activity occurs during the degradation
process.
7.2 Apparatus for measuring the amount of carbon dioxide evolved
7.2.1 Test flasks: glass vessels (e.g. conical flasks or bottles), fitted with tubing impermeable to
carbon dioxide to allow purging with gas, and located in a constant-temperature enclosure or in a
thermostatically controlled apparatus (e.g. a water-bath).
7.2.2 CO -free-air production system, capable of supplying CO -free air at a flow rate of several ml/
2 2
min to each test flask, held constant to within ±10 % (see example of system, including test vessels, in
Annex B). Alternatively, the incubation apparatus shown in ASTM D5988 may be used.
7.2.3 Analytical equipment for accurately determining carbon dioxide. Typical examples are
a carbon dioxide IR analyser, a dissolved inorganic carbon (DIC) analyser, apparatus for titrimetric
determination after complete absorption in a basic solution (see Annex C), and apparatus for the
gravimetric determination of carbon dioxide in accordance with ISO 14855-2.
7.3 Analytical balance.
7.4 pH-meter.
8 Procedure
8.1 Preparation of the test material
The test material shall be of known mass and contain sufficient carbon to yield a BOD or a quantity of
carbon dioxide that can be adequately measured by the analytical equipment used. Calculate the TOC
4 © ISO 2019 – All rights reserved
from the chemical formula or determine it by a suitable analytical technique (e.g. elemental analysis or
measurement in accordance with ISO 8245) and calculate the ThOD or ThCO (see Annexes C and D).
NOTE Although elemental analysis is generally less accurate for macromolecules than for low-molecular-
mass compounds, the accuracy is usually acceptable for the purposes of calculating the ThOD or ThCO .
The amount of test material shall be sufficient to outweigh any variations in the background oxygen
consumption or any carbon dioxide evolved from the test soil: 100 mg to 300 mg of test material to
100 g to 300 g of soil is usually adequate. The maximum amount of test material is limited by the oxygen
supply to the test system. The use of 200 mg of test material with 200 g of soil is recommended unless
the soil contains an excessively large amount of organic matter.
When using test systems based on the determination of the carbon dioxide evolved, higher test material
amounts can be used (e.g. 2 500 mg for 200 g of soil) in order to increase the difference between the test
material CO production and the blank control CO production. Furthermore, a greater amount of test
2 2
material will be required if a final mass balance determination is to be carried out (see Annex E).
Pre-aeration of the test material or the addition of inert material is recommended, if necessary, to
reduce the respiration of the soil in the blank flasks.
The test material should preferably be used in powder form, but it may also be introduced in the form of
films, fragments or shaped articles.
Test samples may be reduced in size by means of cryogenic milling.
Experiments have shown that the ultimate degree of biodegradation is almost independent of the form
and shape of the test material. The speed of biodegradation, however, depends on the form and shape
of the material. Test materials of similar form and shape should therefore be used if different kinds of
plastic material are to be compared in tests of the same duration. If the test material is in the form of
a powder, small particles of known size distribution should be used. A particle-size distribution with
its maximum at 250 µm diameter is recommended. If the test material is not in powder form, the size
of the pieces of material should not be greater than 5 mm × 5 mm. Also, the size of the test equipment
used might depend on the form of the test material. It should be ascertained that no undesired changes
are caused in the test material due to the design of the equipment, such as grinders, used. Normally,
processing of the test material will not significantly influence the degradation behaviour of the material
(e.g. the use of powder in the case of composites).
Optionally, determine the hydrogen, oxygen, nitrogen, phosphorus and sulfur contents, as well as the
molecular mass of the test material, using, for example, size exclusion chromatography. Preferably,
plastic materials without additives such as plasticizers should be tested. When the material does contain
such additives, information on their biodegradability will be needed to assess the biodegradability of
the polymeric material itself.
For details on how to handle compounds with limited solubility in water, see ISO 10634.
8.2 Preparation of the reference material
Use as reference material a well-defined biodegradable polymer {microcrystalline-cellulose powder,
ashless cellulose filters or poly-(R)-3-hydroxybutyrate [(R)-PHB]}. If possible, the physical form and
size of the reference material should be comparable to that of the test material.
As a negative control, a non-biodegradable polymer (e.g. polyethylene) in the same physical form as the
test material may be used.
8.3 Preparation of the test soil
8.3.1 Collection and sieving of soil
Use natural soil collected from the surface layer of fields and/or forests. If the potential biodegradability
of the test material is to be assessed, this soil may be pre-exposed to the test material. Sieve the soil to
give particles of less than 5 mm, preferably less than 2 mm, in size and remove obvious plant material,
stones and other inert materials.
It is important to remove organic solids, such as straw, as far as practicable because they can decompose
during the test and influence the results.
The soil may be pre-conditioned but, normally, pre-exposed soil should not be used, especially when
biodegradation behaviour in natural environments is being simulated. Depending on the purpose of the
test, however, pre-exposed soil may be used, provided that this is clearly stated in the test report (e.g.
percent biodegradation = x %, using pre-exposed soil) and the method of pre-exposure detailed. Pre-
exposed soil can be obtained from suitable laboratory biodegradation tests conducted under a variety
of conditions or from samples collected from locations where relevant environmental conditions exist
(e.g. contaminated areas or industrial treatment plants).
Record the sampling site, its location, the presence of plants or previous crops, the sampling date, the
sampling depth and, if possible, the soil history, such as details of fertilizer and pesticide application.
8.3.2 Preparation of standard soil
As an alternative to the natural soil described in 8.3.1, a standard soil may be used. The composition
of the standard soil is shown in Table 1. The use of standard soil is very useful in determining the
biodegradability of plastic materials in bulky soils (loamy or clayey soils), reducing handling and
aeration problems.
Table 1 — Standard-soil composition
Dry mass,
Constituent Remarks
g/kg
Industrial quartz Predominantly fine sand in which the size of more than 50 % of the parti-
700 g/kg
sand cles lies in the range 0,05 mm to 0,2 mm
Clay Kaolinite clay (containing not less than 30 % kaolinite) or calcium bentonite 100 g/kg
Natural soil See 8.3.1 160 g/kg
Use well-aerated compost from an aerobic composting plant. In order to
stabilize the microbial activity in the standard soil, it is recommended that
one-year-matured compost be used. If this is not possible, use a compost
Mature compost which has matured for a minimum of two-three months. The compost shall 40 g/kg
be homogeneous and free from large, inert objects, such as pieces of glass,
stones or pieces of metal. Remove them manually and then sieve the com-
post through a screen of mesh size about 2 cm to 5 cm.
To the soil specified in Table 1 are added the salts listed in Table 2, preferably dissolved in water and
preferably at the moment of adjustment of the water content (see 8.3.4).
Table 2 — Added salts
Constituent Molecular formula g/kg of soil
Potassium dihydrogenphosphate KH PO 0,2
2 4
Magnesium sulfate MgSO 0,1
Sodium nitrate NaNO 0,4
Urea CO(NH ) 0,2
2 2
Ammonium chloride NH Cl 0,4
A round-robin test was carried out to validate the standard soil (see Annex G).
6 © ISO 2019 – All rights reserved
8.3.3 Measurement of soil characteristics
Knowledge of the soil characteristics is essential for full interpretation of the results of the study. It is
therefore recommended that at least the following tests be performed on the soil selected:
a) total water-holding capacity, in accordance with ISO 11274;
b) pH of the soil, in accordance with ISO 10390;
c) organic-matter content, in accordance with ISO 10694.
8.3.4 Adjustment of the water content and the pH of the soil
Adjust the water content of the soil to a suitable value for the test material by adding an appropriate
amount of water to the soil, or by drying the soil in the air in a shaded place followed by addition of an
appropriate amount of water. Adjust the pH of the soil to between 6,0 and 8,0 if it is not already within
this range.
NOTE The optimum water content of the test soil is dependent on the test material. It is usually between
40 % and 60 % of the total water-holding capacity.
It is recommended that the ratio of organic carbon in the test or reference material to nitrogen in
the soil (C:N ratio) be adjusted to at least 40:1, if it is not already at this level, so as to ensure good
biodegradation. This may be done by adding nitrogen as an aqueous solution of ammonium chloride or
by using an aqueous solution containing the salts listed in Table 2.
8.3.5 Handling and storage of the soil
Store the soil in a sealed container at 4 °C ± 2 °C until it is used in the test. Do not handle the soil in any
way that could inhibit the activity of the microorganisms in it.
ISO 10381-6 shall be followed to ensure that the microbial activity of the soil is not affected by sampling.
8.4 Start-up and execution of the test
Prepare the following numbers of flasks:
a) three test flasks for the test material (symbol F );
T
b) three test flasks for the blank control (symbol F );
B
c) three test flasks for checking the soil activity using a reference material (symbol F );
C
and, if required:
d) one flask for checking for possible abiotic degradation or non-biological changes in the test material
(symbol F );
S
e) one flask for checking for any possible inhibiting effect of the test material (symbol F ).
l
Place the soil (see 8.3) at the bottom of each flask and add test material (see 8.1) or reference material
(see 8.2), as indicated in Table 3, to the soil. Record the mass of each flask containing this test mixture.
When two replicates are used, this shall be stated in the test report.
It is important that the test material be homogeneously mixed with the soil, in the case of powder, and as
widely spread as possible in the soil, in the case of film, to improve the contact of the test material with
the microorganisms in the soil. Also, it is recommended that the surface of the test mixture be pressed
with a spatula to improve the contact between the test material and the microorganisms in the soil.
If the abiotic-degradation check is carried out, details of the procedures used to inhibit microbial
activity at the start of the test and maintain aseptic conditions during the test shall be provided in the
test report.
Place the flasks in a constant-temperature environment (see Clause 5) and allow all the fl
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 17556
Troisième édition
2019-05
Plastiques — Détermination de la
biodégradabilité aérobie ultime des
matériaux plastiques dans le sol par
mesure de la demande en oxygène
dans un respiromètre ou de la teneur
en dioxyde de carbone libéré
Plastics — Determination of the ultimate aerobic biodegradability
of plastic materials in soil by measuring the oxygen demand in a
respirometer or the amount of carbon dioxide evolved
Numéro de référence
©
ISO 2019
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Principe . 3
5 Environnement d’essai . 4
6 Matériaux . 4
7 Appareillage . 4
8 Mode opératoire. 5
8.1 Préparation du matériau d’essai. 5
8.2 Préparation de la substance de référence . 6
8.3 Préparation du sol d’essai . 6
8.3.1 Collecte et tamisage du sol . 6
8.3.2 Préparation d’un sol normalisé . 6
8.3.3 Mesurage des caractéristiques du sol . 7
8.3.4 Ajustement de la teneur en eau et du pH du sol . 7
8.3.5 Manipulation et stockage du sol . 8
8.4 Début et exécution de l’essai . 8
9 Calcul et expression des résultats . 9
9.1 Calcul . 9
9.1.1 Pourcentage de biodégradation à partir de la consommation d’oxygène . 9
9.1.2 Pourcentage de biodégradation à partir du dioxyde de carbone libéré .10
9.2 Expression et interprétation des résultats .11
10 Validité des résultats .11
11 Rapport d’essai .12
Annexe A (informative) Principe du respiromètre manométrique (exemple) .13
Annexe B (informative) Exemple d’un système d’essai pour mesurer la quantité de dioxyde
de carbone libéré .14
Annexe C (informative) Exemples de méthodes de détermination de la quantité de dioxyde
de carbone libéré .16
Annexe D (informative) Demande théorique en oxygène (DThO) .19
Annexe E (informative) Exemple d’une détermination de la quantité résiduelle et de
la masse moléculaire de polymère insoluble dans l’eau à la fin d’un essai de
biodégradation .20
Annexe F (informative) Exemples d’essais à long terme.21
Annexe G (informative) Essais interlaboratoires .25
Bibliographie .29
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/directives).
L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/iso/fr/foreword .html.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 61, Plastiques, sous-comité SC 14,
Aspects liés à l'environnement.
Cette troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 17556:2012), qui a fait l’objet d’une
révision technique. Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont les suivantes:
a) l’unité utilisée pour la DBO, le COD et le CID a été corrigée (voir l’Article 3);
b) la formule de calcul du pourcentage de biodégradation a été modifiée (voir 9.1.1);
c) la période d’essai est passée à deux ans au maximum (voir l’Article 4);
d) le nombre de réplicats est passé à trois (voir 9.2).
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/fr/members .html.
iv © ISO 2019 – Tous droits réservés
Introduction
Un certain nombre de matériaux et produits plastiques ont été conçus pour des applications finissant
dans ou sur le sol. Ils ont été développés pour des applications dans lesquelles la biodégradation est
bénéfique d’un point de vue technique, environnemental, social ou économique. On en trouve des
exemples dans l’agriculture (par exemple film de paillage), l’horticulture (par exemple ficelles et
attaches, pots de fleur, tuteurs), les articles funéraires (par exemple housses mortuaires), les loisirs
(par exemple cibles de tir en plastique, cartouches), etc. Dans bien des cas, la récupération et/ou le
recyclage de ces articles en plastique s’avèrent difficiles ou non viables économiquement. Différents
types de plastiques biodégradables, conçus pour se dégrader et disparaître in situ à la fin de leur vie
utile, ont été mis au point. Plusieurs Normes internationales spécifient des méthodes d’essai relatives
à l’évaluation de la biodégradation aérobie ou anaérobie ultime des matériaux plastiques dans des
conditions aqueuses ou des conditions de compostage. Compte tenu de l’emploi et de l’élimination des
plastiques biodégradables, il est important d’établir une méthode d’essai permettant de déterminer la
biodégradation aérobie ultime de tels matériaux plastiques dans le sol.
NORME INTERNATIONALE ISO 17556:2019(F)
Plastiques — Détermination de la biodégradabilité aérobie
ultime des matériaux plastiques dans le sol par mesure
de la demande en oxygène dans un respiromètre ou de la
teneur en dioxyde de carbone libéré
AVERTISSEMENT — Il convient de prendre les précautions appropriées lors de la manipulation
du sol, celui-ci pouvant contenir des organismes potentiellement pathogènes. Il convient de
manipuler avec soin les composés toxiques à analyser et ceux dont les propriétés ne sont pas
connues.
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie une méthode de détermination de la biodégradabilité aérobie ultime des
matériaux plastiques dans le sol en mesurant la demande en oxygène dans un respiromètre fermé ou la
quantité de dioxyde de carbone libéré. La méthode est conçue pour produire un taux de biodégradation
optimal en ajustant l’humidité du sol d’essai.
Si un sol non modifié est utilisé comme inoculum, l’essai simule les processus de biodégradation qui ont
lieu dans un environnement naturel; si un sol pré-exposé est utilisé, la méthode peut être utilisée pour
étudier la biodégradabilité potentielle d’un matériau d’essai.
Cette méthode est applicable aux matériaux suivants:
— polymères, copolymères naturels et/ou synthétiques ou leurs mélanges;
— matériaux plastiques contenant des additifs tels que plastifiants ou colorants;
— polymères solubles dans l’eau.
Elle ne s’applique pas nécessairement aux matériaux qui, dans les conditions de l’essai, ont un effet
inhibiteur vis-à-vis de l’activité des micro-organismes présents dans le sol. Les effets inhibiteurs peuvent
être déterminés au moyen d’un contrôle de l’inhibition ou par une autre méthode appropriée. Si le
matériau d’essai a un effet inhibiteur vis-à-vis des micro-organismes présents dans le sol, il est possible
d’utiliser une concentration de matériau d’essai plus faible, un autre type de sol ou un sol pré-exposé.
2 Références normatives
Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des
exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 10390, Qualité du sol — Détermination du pH
ISO 10694, Qualité du sol — Dosage du carbone organique et du carbone total après combustion sèche
(analyse élémentaire)
ISO 11274, Qualité du sol — Détermination de la caractéristique de la rétention en eau — Méthodes de
laboratoire
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http: //www .electropedia .org/
3.1
biodégradation aérobie ultime
décomposition d’un composé organique par des micro-organismes en présence d’oxygène, en dioxyde
de carbone, eau et sels minéraux de tous les autres éléments présents (minéralisation) et production
d’une nouvelle biomasse
3.2
demande biochimique en oxygène
DBO
concentration en masse de l’oxygène dissous consommé, dans des conditions spécifiées, lors de
l’oxydation biologique aérobie d’un composé chimique ou de matières organiques
Note 1 à l'article: Elle est exprimée en milligrammes d’oxygène nécessaire par kilogramme de sol d’essai.
3.3
carbone organique dissous
COD
partie du carbone organique présent dans l’eau qui ne peut pas être éliminée par une séparation de
phases spécifique
Note 1 à l'article: Il est exprimé en milligrammes de carbone par litre.
−2
Note 2 à l'article: Des moyens de séparation type sont une centrifugation à 40 000 m⋅s pendant 15 min ou une
filtration sur membrane ayant un diamètre de pores compris entre 0,2 µm et 0,45 µm.
3.4
demande théorique en oxygène
DThO
quantité théorique maximale d’oxygène nécessaire pour oxyder complètement un composé chimique,
calculée d’après la formule moléculaire
Note 1 à l'article: Elle est exprimée en milligrammes d’oxygène nécessaire par milligramme ou par gramme de
composé soumis à essai.
3.5
quantité théorique de dioxyde de carbone libéré
ThCO
quantité théorique maximale de dioxyde de carbone libéré après l’oxydation complète d’un composé
chimique, calculée d’après la formule moléculaire
Note 1 à l'article: Elle est exprimée en milligrammes de dioxyde de carbone libéré par milligramme ou par
gramme de composé soumis à essai.
3.6
phase de latence
durée, mesurée en jours, écoulée à partir du début de l’essai jusqu’à l’obtention de l’adaptation et/
ou de la sélection des micro-organismes qui provoquent la dégradation, et jusqu’à ce que le taux de
biodégradation du composé chimique ou de la matière organique ait atteint environ 10 % du niveau
maximal de biodégradation (3.8)
3.7
phase de biodégradation
durée, mesurée en jours, depuis la fin de la phase de latence (3.6) de l’essai jusqu’à ce que l’on ait obtenu
environ 90 % du niveau maximal de biodégradation (3.8)
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3.8
niveau maximal de biodégradation
taux de biodégradation d’un composé chimique ou d’une matière organique lors d’un essai, au-dessus
duquel la biodégradation ne se poursuit pas
3.9
phase stationnaire
durée écoulée entre la fin de la phase de biodégradation (3.7) et la fin de l’essai
Note 1 à l'article: Elle est mesurée en jours.
3.10
pré-conditionnement
pré-incubation du sol dans les conditions de l’essai effectué ultérieurement, en l’absence du composé
chimique ou de la matière organique à analyser, dans le but d’améliorer la performance de l’essai par
acclimatation des micro-organismes aux conditions d’essai
3.11
pré-exposition
pré-incubation du sol, en présence du composé chimique ou de la matière organique à analyser, dans
le but d’améliorer la capacité du sol à dégrader le matériau d’essai par adaptation et/ou sélection des
micro-organismes
3.12
teneur en eau
masse d’eau s’évaporant du sol lorsqu’il est séché jusqu’à masse constante à 105 °C, divisée par la masse
sèche du sol
Note 1 à l'article: Il s’agit du rapport entre les masses de l’eau et des particules du sol dans un échantillon de sol.
3.13
capacité totale de rétention d’eau
masse d’eau s’évaporant du sol saturé d’eau lorsqu’il est séché jusqu’à masse constante à 105 °C, divisée
par la masse sèche du sol
3.14
carbone organique total
COT
quantité de carbone incluse dans un composé organique
Note 1 à l'article: Il est exprimé en milligrammes de carbone par 100 mg de composé.
4 Principe
La méthode d’essai est conçue pour produire le taux optimal de biodégradation d’un matériau plastique
dans un sol d’essai en contrôlant l’humidité de ce dernier et permet de déterminer la biodégradabilité
ultime du matériau d’essai.
Le matériau plastique, qui est la source unique de carbone et d’énergie, est mélangé au sol. On laisse
reposer le mélange dans un flacon pendant une période durant laquelle la consommation d’oxygène
(DBO) ou la quantité de dioxyde de carbone libéré sont déterminées. À condition que le dioxyde de
carbone libéré soit absorbé, la DBO peut être déterminée, par exemple en mesurant la quantité d’oxygène
exigée pour maintenir un volume de gaz constant dans un flacon de respiromètre ou en mesurant
le changement de volume ou de pression (ou une combinaison des deux) soit automatiquement, soit
manuellement. Un exemple de respiromètre approprié est donné à l’Annexe A. La quantité de dioxyde
de carbone libéré est déterminée à des intervalles qui dépendent de la cinétique de biodégradation
de la substance d’essai, en faisant passer de l’air exempt de dioxyde de carbone sur le sol d’essai, puis
en déterminant la teneur en dioxyde de carbone de l’air par une méthode analytique appropriée. Des
exemples de méthodes appropriées sont donnés aux Annexes B et C.
Le niveau de biodégradation, exprimé comme un pourcentage, est établi en comparant la DBO avec la
demande théorique en oxygène (DThO) ou en comparant la quantité de dioxyde de carbone libéré avec
la quantité théorique (ThCO ). L’influence de processus possibles de nitrification sur la DBO doit être
prise en compte. La période d’essai normale est de six mois. La durée de l’essai peut être réduite ou
prolongée jusqu’à ce que la phase stationnaire (voir 3.9) soit atteinte, mais la période d’essai totale ne
doit pas dépasser deux ans.
Contrairement à l’ISO 11266, qui est utilisée pour une variété de composés organiques, le présent
document est conçu spécialement pour déterminer la biodégradabilité des matériaux plastiques.
5 Environnement d’essai
L’incubation doit avoir lieu dans l’obscurité ou sous une lumière diffuse, dans une enceinte exempte de
vapeurs toxiques pour les micro-organismes et maintenue à une température constante comprise entre
20 °C et 28 °C à ± 2 °C près, de préférence 25 °C.
6 Matériaux
6.1 Eau distillée, contenant moins de 2 mg de COD par litre.
6.2 Absorbeur de dioxyde de carbone, de préférence des pastilles de chaux sodée.
7 Appareillage
S’assurer que toute la verrerie de laboratoire a été soigneusement nettoyée et, en particulier, qu’elle est
exempte de toute trace de substances organiques ou toxiques.
7.1 Respiromètre fermé, comprenant les flacons d’essai et tous les autres équipements nécessaires,
situé dans une pièce à température constante ou dans un appareil commandé par thermostat (par
exemple bain d’eau). Un exemple est décrit à l’Annexe A.
Tout respiromètre capable d’établir avec une exactitude suffisante la demande biochimique en oxygène
convient. On choisira de préférence un appareil mesurant et remplaçant automatiquement l’oxygène
consommé de façon qu’aucun défaut d’oxygène et aucune inhibition de l’activité microbienne ne se
produisent durant le processus de dégradation.
7.2 Appareillage pour le mesurage de la quantité de dioxyde de carbone libéré
7.2.1 Flacons d’essai: récipients en verre (par exemple fioles ou flacons coniques) permettant de
purger le gaz, avec un tubage imperméable au dioxyde de carbone, placés dans une pièce à température
constante ou dans un appareil commandé par thermostat (par exemple bain d’eau).
7.2.2 Système de production d’air exempt de dioxyde de carbone, capable d’alimenter chaque
flacon d’essai avec de l’air exempt de dioxyde de carbone à un débit de plusieurs ml/min, maintenu
constant à ± 10 % (voir à l’Annexe B un exemple de montage avec les récipients d’essai). Une autre
possibilité consiste à utiliser l’appareil d’incubation décrit dans l’ASTM D5988.
7.2.3 Équipement analytique pour la détermination du dioxyde de carbone avec exactitude.
Exemples type: un analyseur IR de dioxyde de carbone, un analyseur de carbone inorganique dissous
(CID), un appareil de détermination titrimétrique après absorption complète dans une solution basique
(voir l’Annexe C) et un appareil de détermination gravimétrique du dioxyde de carbone conformément à
l’ISO 14855-2.
7.3 Balance analytique.
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7.4 pH-mètre.
8 Mode opératoire
8.1 Préparation du matériau d’essai
Le matériau d’essai doit être de masse connue et avoir une teneur en carbone suffisante pour donner une
DBO ou une quantité de dioxyde de carbone susceptible d’être adéquatement mesurée par l’équipement
analytique utilisé. Calculer le COT à partir de la formule chimique ou le déterminer par une technique
analytique appropriée (par exemple analyse élémentaire ou mesurage conformément à l’ISO 8245) et
calculer la DThO ou la ThCO (voir les Annexes C et D).
NOTE Bien que l’analyse élémentaire des macromolécules soit, en général, moins précise que celle des
composés de faible masse moléculaire, le degré de précision est généralement acceptable pour calculer la DThO
ou la ThCO .
La quantité de matériau d’essai doit être suffisante pour compenser toutes les variations de la
consommation d’oxygène environnante ou le dioxyde de carbone libéré à partir du sol d’essai: une
quantité comprise entre 100 mg et 300 mg de matériau d’essai pour une quantité de sol d’essai comprise
entre 100 g et 300 g est en général suffisante. La quantité maximale de matériau d’essai est limitée par
l’alimentation en oxygène du système d’essai. Il est recommandé d’utiliser 200 mg de matériau d’essai
pour 200 g de sol, sauf si le sol contient une quantité excessive de matière organique.
Lorsque des systèmes d’essai fondés sur la détermination du dioxyde de carbone libéré sont utilisés,
de plus grandes quantités de matériau d’essai peuvent être utilisées (par exemple 2 500 mg pour 200 g
de sol) afin d’augmenter la différence entre le CO produit par le matériau d’essai et le CO produit par
2 2
le témoin à blanc. Par ailleurs, une plus grande quantité de matériau d’essai sera nécessaire si un bilan
massique final doit être établi (voir l’Annexe E).
Une pré-aération du matériau d’essai ou l’adjonction d’un matériau inerte est recommandée, si
nécessaire, pour diminuer la respiration du sol dans les flacons témoins à blanc.
Il convient d’utiliser un matériau d’essai se présentant de préférence sous forme de poudre, mais il est
également possible de l’introduire sous forme de films, de fragments ou d’éléments formés.
Les échantillons peuvent être réduits en taille au moyen d’un broyage cryogénique.
Des essais ont montré que le taux de biodégradation au stade ultime est pratiquement indépendant
de la forme physique et géométrique du matériau d’essai. Toutefois, la vitesse de biodégradation est
dépendante de la forme physique et géométrique du matériau. Il convient d’utiliser des matériaux
d’essai de formes physiques et géométriques similaires si l’objectif est de comparer différentes sortes
de matériaux plastiques sur une durée identique. Lorsque le matériau d’essai est sous forme de
poudre, il convient d’utiliser des petites particules dont la distribution granulométrique est connue.
Une distribution granulométrique avec un diamètre maximal de 250 µm est recommandée. Dans le cas
où le matériau d’essai ne serait pas sous forme pulvérulente, il convient que la taille des morceaux de
matériau ne soit pas supérieure à 5 mm x 5 mm. De même, la taille du dispositif d’essai peut dépendre
de la forme physique du matériau d’essai. Il convient de s’assurer qu’aucun changement non désiré ne
se produit dans le matériau d’essai en raison de la configuration de l’équipement (par exemple des
broyeurs) utilisé. Normalement, le traitement du matériau d’essai n’influencera pas significativement
son comportement de dégradation (par exemple utilisation de poudre pour des composites).
Éventuellement, déterminer la teneur en hydrogène, en oxygène, en azote, en phosphore et en soufre
ainsi que la masse moléculaire du matériau d’essai en utilisant, par exemple, la chromatographie
d’exclusion stérique. Il est préférable de soumettre à essai des matériaux plastiques ne comportant pas
d’additifs tels que des plastifiants. Lorsque le matériau contient de tels additifs, il est nécessaire de
disposer d’informations sur leur biodégradabilité pour évaluer la biodégradabilité exacte du matériau
polymérique lui-même.
Pour plus de précisions sur la manière de traiter des composés de solubilité limitée dans l’eau, voir
l’ISO 10634.
8.2 Préparation de la substance de référence
Utiliser, comme substance de référence, un polymère biodégradable bien défini {poudre de cellulose
microcristalline, filtres en cellulose sans cendres ou poly-(R)-3-hydroxybutyrate [(R)-PHB]}. Si possible,
il convient que la forme physique et la taille de la substance de référence soient comparables à celles du
matériau d’essai.
Comme témoin négatif, il est possible d’utiliser une substance polymérique non biodégradable (par
exemple polyéthylène) se présentant sous la même forme que le matériau d’essai.
8.3 Préparation du sol d’essai
8.3.1 Collecte et tamisage du sol
Utiliser un sol naturel recueilli dans les couches superficielles des champs et/ou des forêts. Si la
biodégradabilité potentielle du matériau d’essai est à évaluer, ce sol peut être pré-exposé au matériau
d’essai. Tamiser le sol pour obtenir des particules de taille inférieure à 5 mm, de préférence de 2 mm, et
pour enlever les matières végétales, les pierres et autres matériaux inertes bien visibles.
Il est important d’enlever, dans toute la mesure du possible, les solides organiques comme la paille, car
ils peuvent se décomposer durant l’essai et influencer les résultats.
Il est possible de pré-conditionner le sol mais, normalement, il convient de ne pas utiliser un sol
pré-exposé, en particulier lorsque le comportement de biodégradation dans des environnements
naturels est simulé. En fonction de l’objectif de l’essai, il est toutefois possible d’utiliser un sol pré-
exposé, pour autant que cela figure clairement dans le rapport d’essai (par exemple biodégradation en
pourcentage = x %, en utilisant un sol pré-exposé) et que la méthode de pré-exposition soit décrite
en détail. Il est possible d’obtenir un sol pré-exposé à partir d’essais adaptés de biodégradation en
laboratoire, réalisés dans diverses conditions ou à partir d’échantillons recueillis en des lieux où il
existe des conditions environnementales pertinentes (par exemple zones contaminées ou usines de
traitement industriel).
Consigner le site d’échantillonnage, son emplacement, la présence de plantes ou de cultures antérieures,
la date de l’échantillonnage, la profondeur de l’échantillonnage et, si possible, l’historique du terrain
comportant des indications sur l’emploi d’engrais et de pesticides.
8.3.2 Préparation d’un sol normalisé
En remplacement du sol naturel décrit en 8.3.1, il est possible d’utiliser un sol normalisé. La composition
du sol normalisé est indiquée dans le Tableau 1. L’emploi d’un sol normalisé est très utile pour
déterminer la biodégradabilité de matériaux plastiques dans des sols lourds (sols limoneux ou argileux)
en réduisant les problèmes de manipulation et d’aération.
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Tableau 1 — Composition d’un sol normalisé
Masse sèche,
Constituant Remarques
g/kg
Sable fin principalement dans lequel la taille de plus de 50 %
Sable quartzeux industriel 700 g/kg
des particules est comprise entre 0,05 mm et 0,2 mm
Argile kaolinitique (contenant au moins 30 % de kaolinite)
Argile 100 g/kg
ou bentonite de calcium
Sol naturel Voir 8.3.1 160 g/kg
Utiliser un compost bien aéré provenant d’une installation
de compostage aérobie. Pour stabiliser l’activité microbienne
dans le sol normalisé, il est recommandé d’utiliser un compost
mature d’un an. Si cela n’est pas possible, utiliser un compost
Compost mature ayant subi une maturation d’au moins deux à trois mois. Le 40 g/kg
compost doit être homogène et exempt d’objets inertes de
grandes dimensions tels que verre, cailloux ou fragments de
métal. Retirer ceux-ci à la main, puis tamiser le compost sur
un tamis de taille de maille d’environ 2 cm à 5 cm.
Les sels indiqués dans le Tableau 2 sont ajoutés au sol spécifié dans le Tableau 1, de préférence dissous
dans l’eau et de préférence au moment de l’ajustement de la teneur en eau (voir 8.3.4).
Tableau 2 — Sels ajoutés
Constituant Formule moléculaire g/kg de sol
Dihydrogénophosphate de
KH PO 0,2
2 4
potassium
Sulfate de magnésium MgSO 0,1
Nitrate de sodium NaNO 0,4
Urée CO(NH ) 0,2
2 2
Chlorure d’ammonium NH Cl 0,4
Un essai interlaboratoires a été réalisé pour valider le sol normalisé (voir l’Annexe G).
8.3.3 Mesurage des caractéristiques du sol
Il est essentiel de connaître les caractéristiques du sol pour une interprétation complète des résultats de
l’étude. Il est par conséquent recommandé de réaliser au moins les essais suivants sur le sol sélectionné:
a) capacité totale de rétention d’eau, conformément à l’ISO 11274;
b) pH du sol, conformément à l’ISO 10390;
c) teneur en matière organique, conformément à l’ISO 10694.
8.3.4 Ajustement de la teneur en eau et du pH du sol
Ajuster la teneur en eau du sol à une valeur appropriée en fonction du matériau d’essai en ajoutant au
sol la quantité d’eau appropriée, ou en séchant le sol à l’air dans un lieu ombragé, puis en ajoutant la
quantité d’eau appropriée. Ajuster le pH du sol à une valeur comprise entre 6,0 et 8,0, s’il n’est pas déjà
dans cette plage.
NOTE La teneur en eau optimale du sol d’essai dépend du matériau d’essai. Elle est en général comprise entre
40 % et 60 % de la capacité totale de rétention d’eau.
Il est recommandé que le rapport du carbone organique présent dans le matériau d’essai ou la substance
de référence à l’azote présent dans le sol (rapport C:N) soit ajusté à au moins 40:1, s’il n’est pas déjà à
ce niveau, pour assurer ainsi une bonne biodégradation. Pour cela, il est possible d’ajouter de l’azote
sous la forme d’une solution aqueuse de chlorure d’ammonium ou en utilisant une solution aqueuse
contenant les sels indiqués dans le Tableau 2.
8.3.5 Manipulation et stockage du sol
Conserver le sol dans un conteneur étanche à 4 °C ± 2 °C jusqu’à son utilisation pour l’essai. Ne pas
manipuler le sol d’une manière susceptible d’inhiber l’activité des micro-organismes présents dans le sol.
L’ISO 10381-6 doit être suivie afin de s’assurer que l’activité microbienne du sol n’est pas perturbée par
l’échantillonnage.
8.4 Début et exécution de l’essai
Préparer les nombres suivants de flacons:
a) trois flacons d’essai pour le matériau d’essai (symbole F );
T
b) trois flacons d’essai pour le témoin à blanc (symbole F );
B
c) trois flacons d’essai pour vérifier l’activité du sol à l’aide d’une substance de référence (symbole F );
C
et, s’il y a lieu:
d) un flacon pour vérifier la dégradation abiotique possible ou des modifications non biologiques dans
le matériau d’essai (symbole F );
S
e) un flacon pour vérifier l’effet inhibant possible du matériau d’essai (symbole F ).
l
Déposer le sol (voir 8.3) au fond de chaque flacon et ajouter au sol le matériau d’essai (voir 8.1) ou la
substance de référence (voir 8.2) comme indiqué dans le Tableau 3. Enregistrer la masse de chaque
flacon contenant le mélange à analyser. Lorsque deux réplicats sont utilisés, cela doit être indiqué dans
le rapport d’essai.
Il est important que le matériau d’essai soit mélangé avec le sol de façon homogène dans le cas d’un
matériau d’essai en poudre et qu’il soit réparti dans le sol aussi largement que possible, dans le cas d’un
film, afin d’améliorer le contact du matériau d’essai avec les micro-organismes présents dans le sol.
Il est aussi recommandé de presser la surface du mélange d’essai avec une spatule pour améliorer le
contact du matériau d’essai avec les micro-organismes présents dans le sol.
Si une vérification de la dégradation abiotique est réalisée, le rapport d’essai doit fournir le détail des
modes opératoires utilisés pour inhiber l’activité microbienne au début de l’essai et pour maintenir des
conditions aseptiques pendant l’essai.
Placer les flacons dans un environnement à température constante (voir l’Article 5) et les laisser
atteindre la température souhaitée. Procéder à tous les raccordements nécessaires au respiromètre ou
au système de production d’air exempt de dioxyde de carbone, puis commencer l’incubation.
Pour mesurer la consommation d’oxygène, procéder aux lectures nécessaires sur les manomètres
(en cas de lecture manuelle) ou vérifier que l’enregistreur de consommation d’oxygène fonctionne
correctement (respiromètre automatique) (voir l’Annexe A).
Pour mesurer le dioxyde de carbone libéré, mesurer (à intervalles réguliers, en fonction du taux de
libération de dioxyde de carbone) la quantité de dioxyde de carbone libéré de chaque flacon en utilisant
une méthode appropriée et suffisamment exacte (voir les Annexes B et C).
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Tableau 3 — Distribution finale du matériau d’essai et de la substance de référence
Substance de
Flacon Matériau d’essai Sol d’essai
référence
F Essai + − +
T
F Essai + − +
T
F Essai + − +
T
F Blanc − − +
B
F Blanc − − +
B
F Blanc − − +
B
F Vérification de l’activité du sol − + +
C
F Vérification de l’activité du sol − + +
C
F Vérification de l’activité du sol − + +
C
F Vérification de la dégradation abiotique
S
+ − −
(facultative)
F Vérification de l’inhibition (facultative) + + +
I
+ = présent; − = non présent.
Si le taux de biodégradation est jugé avoir ralenti en raison d’une dessiccation du sol d’essai durant
l’essai, arrêter les mesurages et enlever les flacons du respiromètre ou du système de production
d’air exempt de dioxyde de carbone. Peser les flacons et ajouter une quantité appropriée d’eau au sol
d’essai pour ramener la teneur en eau à sa valeur initiale. Raccorder à nouveau les flacons au système
et recommencer la mesure de l’oxygène consommé ou du dioxyde de carbone libéré. Ces opérations
doivent être réalisées sans inhiber l’activité des micro-organismes du sol et sans influencer la mesure
de l’oxygène consommé ou du dioxyde de carbone libéré, et il faut indiquer clairement dans le rapport
d’essai que ces opérations ont été effectuées.
Lorsqu’un niveau constant de DBO ou de dioxyde de carbone libéré est atteint (phase stationnaire) et
qu’aucune biodégradation nouvelle n’est attendue, l’essai est considéré comme achevé.
Il convient généralement que la durée d’essai ne dépasse pas six mois. Toutefois, si une biodégradation
significative est encore observée et que la phase stationnaire n’a pas été atteinte après cette durée,
l’essai peut alors être prolongé, mais sans dépasser deux ans. Si l’essai est poursuivi plus de six mois,
vérifier périodiquement l’absence de fuites éventuelles. Toute prolongation ainsi que toute mesure
spéciale appliquées par exemple pour permettre une diversité microbienne ou pour fournir des
nutriments suffisants doivent être détaillées dans le rapport d’essai.
À la fin de l’essai, retirer les flacons et les peser pour vérifier la diminution de la teneur en eau du sol
d’essai. Facultativement, il est possible d’extraire du sol le matériau d’essai résiduel avec un solvant
approprié (si cela est possible) et de le peser.
9 Calcul et expression des résultats
9.1 Calcul
9.1.1 Pourcentage de biodégradation à partir de la consommation d’oxygène
Lire, pour chaque flacon, la valeur de la consommation d’oxygène en utilisant la méthode prévue
par le fabricant pour le type de respiromètre concerné, puis déterminer la demande en oxygène par
kilogramme de sol d’essai. Calculer le pourcentage de biodégradation du matériau d’essai au moyen de
la Formule (1):
BB−
TtBt
D = ×100 (1)
t
T×ρ
T
où
D est le pourcentage de biodégradation du matériau d’essai au temps t;
t
B est la DBO du flacon F contenant le matériau d’essai au temps t, en milligrammes par kilogramme
Tt T
de sol d’essai, calculée en divisant la consommation d’oxygène mesurée, en milligrammes, par
la quantité de sol d’essai en kilogrammes;
B est la DBO du flacon F contenant le témoin à blanc au temps t, en milligrammes par kilogramme
Bt B
de sol d’essai;
ρ est la concentration du matériau d’essai dans le mélange de réaction du flacon F , en grammes
T T
par kilogramme de sol d’essai;
T est la DThO, en milligrammes par gramme de matériau d’essai.
Calculer de la même manière la DBO et le pourcentage de biodégradation de la substance de référence F
C
et, le cas échéant, des essais utilisés pour la vérification de la dégradation abiotique F et de l’inhibition
S
F . Pour le calcul de la DThO, voir l’Annexe D.
I
9.1.2 Pourcentage de biodégradation à partir du dioxyde de carbone libéré
9.1.2.1 Quantité théorique de dioxyde de carbone libéré par le matériau d’essai
La quantité théorique de dioxyde de carbone libéré par le matériau d’essai (ThCO ), exprimée en
milligrammes, est donnée par la Formule (2):
ThCO =×mw× (2)
2 C
où
m est la masse du matériau d’essai introduit dans le système d’essai, en milligrammes;
w est la teneur en carbone du matériau d’essai, déterminée d’après la formule chimique ou
C
à partir de l’analyse élémentaire, exprimée comme une fraction massique;
44 et 12 sont, respectivement, la masse moléculaire relative du dioxyde de carbone et la masse
atomique du carbone.
Calculer de la même manière la quantité théorique de dioxyde de carbone libéré par la substance de
référence et par le mélange de matériau d’essai et de substance de référence dans le flacon F .
I
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9.1.2.2 Pourcentage de biodégradation
Calculer le pourcentage de biodégradation D pour chaque flacon d’essai F à partir de la quantité de
t T
dioxyde de carbone libéré pour chaque intervalle de mesure, au moyen de la Formule (3):
ΣΣmm−
TB
D = ×100 (3)
t
ThCO
où
est la quantité de dioxyde de carbone libéré dans le flacon d’essai F entre le début de l’essai
Σ m T
T
et le temps t, en milligrammes;
est la quantité de dioxyde de carbone libéré dans le flacon pour le témoin à blanc F entre
B
Σ m
B
le début de l’essai et le temps t, en milligrammes;
ThCO est la quantité théorique de dioxyde de carbone libéré par le matériau d’essai, en milligrammes.
Calculer de la même manière le pourcentage de biodégradation de la substance de référence dans le
flacon F pour la vérification de l’activité du sol.
C
9.2 Expression et interprétation des résultats
Compléter un tableau avec les valeurs de la DBO ou les quantités mesurées de dioxyde de carbone et les
valeurs des pourcentages de biodégradation pour chaque temps où les mesurages ont été effectués. Pour
chaque flacon, tracer une courbe de la DBO ou du dioxyde de carbone libéré en fonction du temps, ainsi
qu’une courbe de biodégradation en pourcentage en fonction du temps. Si des résultats comparables
sont obtenus pour les flacons en triple, il est possible de tracer la courbe moyenne.
Le niveau maximal de biodégradation, déterminé comme étant la valeur moyenne de la phase
stationnaire de la courbe de biodégradation, caractérise le taux de biodégradation du matériau d’essai.
La mouillabilité du matériau d’essai et la forme géométrique des morceaux issus du matériau d’essai
peuvent influer sur le résultat obtenu; il convient d’en tenir compte lors de la comparaison de résultats
obtenus avec des matériaux d’essai différents.
Des informations sur la toxicité du matériau d’essai peuvent s’avérer utiles pour l’interprétation de
résultats d’essai dénotant une faible biodégradabilité.
10 Validité des résultats
L’essai est considéré comme valide si:
a) le taux de biodégradation de la substance de référence est supérieur à 60 % dans la phase
stationnaire ou à la fin de l’essai;
et
b) les valeurs de la DBO ou la quantité de dioxyde de carbone libéré à partir des trois flacons du blanc
F sont comprises dans les 20 % de la moyenne dans la phase stationnaire ou à la fin de l’essai.
B
Si ces critères ne sont pas remplis, répéter l’essai en utilisant un autr
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