ISO/DIS 15175

Soil quality -- Characterization of soil related to groundwater protection

Qualité du sol -- Caractérisation des sols en relation avec la nappe phréatique

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DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/DIS 15175
ISO/TC 190/SC 7 Secretariat: DIN
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2001-03-15 2001-08-15

INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION � МЕЖДУНАРОДНАЯОРГАНИЗАЦИЯПОСТАНДАРТИЗАЦИИ � ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION

Soil quality — Characterization of soil related
to groundwater protection
Qualité du sol — Caractérisation des sols en relation avec la nappe phréatique
ICS 13.080.40

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THIS DOCUMENT IS A DRAFT CIRCULATED FOR COMMENT AND APPROVAL. IT IS THEREFORE SUBJECT TO CHANGE AND MAY NOT BE REFERRED TO

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IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL, TECHNOLOGICAL, COMMERCIAL AND USER PURPOSES, DRAFT

INTERNATIONAL STANDARDS MAY ON OCCASION HAVE TO BE CONSIDERED IN THE LIGHT OF THEIR POTENTIAL TO BECOME STANDARDS TO WHICH

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© International Organization for Standardization, 2001
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ISO/DIS 15175
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This ISO document is a Draft International Standard and is copyright-protected by ISO. Except as permitted

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ISO/DIS 15175
Contents

1 Scope ..............................................................................................................................................................1

2 General............................................................................................................................................................2

3 Normative references ....................................................................................................................................1

4 Definitions ......................................................................................................................................................4

4.1 Assessment....................................................................................................................................................4

4.1.1 Hazard .............................................................................................................................................................4

4.1.2 Risk .................................................................................................................................................................4

4.2 Background concentration...........................................................................................................................4

4.3 Background value..........................................................................................................................................4

4.4 Contaminant...................................................................................................................................................4

4.5 Diffuse source input/non-point source input..............................................................................................4

4.6 Groundwater...................................................................................................................................................4

4.7 Natural background concentration..............................................................................................................4

4.8 Percolating water...........................................................................................................................................5

4.9 Point source input .........................................................................................................................................5

4.10 Pollutant..........................................................................................................................................................5

4.11 Residual contamination ................................................................................................................................5

4.12 Saturated zone ...............................................................................................................................................5

4.13 Soil ..................................................................................................................................................................5

4.14 Soil functions .................................................................................................................................................5

4.15 Soil material....................................................................................................................................................6

4.16 Soil water........................................................................................................................................................6

4.17 Sub-soil...........................................................................................................................................................6

4.18 Top-soil...........................................................................................................................................................6

4.19 Unsaturated zone...........................................................................................................................................6

5 Site Assessment ............................................................................................................................................6

5.1 Relevant soil processes................................................................................................................................7

5.2 Impact assessment procedures...................................................................................................................7

5.3 Site and Soil Description ............................................................................................................................11

5.4 Sampling.......................................................................................................................................................12

5.4.1 Soil ................................................................................................................................................................13

5.4.2 Water .............................................................................................................................................................13

5.5 Characterisation of soil and water.............................................................................................................14

5.5.1 Physical parameters....................................................................................................................................14

5.5.2 Chemical parameters ..................................................................................................................................15

5.5.3 Biological parameters .................................................................................................................................20

6 Data handling, evaluation and quality .......................................................................................................20

Annex A (normative) Qualitative methods for assessing the potential leaching risk .......................................23

A.1 Qualitative methods for assessing the potential leaching risk ..............................................................24

A.1.1 Step 1: Assessment of the replacement rate of the soil water at field capacity ...................................24

A.1.2 Step 2: Assessment of the speed of translocation ..................................................................................25

A.1.3 Step 3: Assessment of the detention time ................................................................................................26

A.2 Qualitative methods for assessing the potential leaching risk - Inorganic contaminants (heavy

metals) - ........................................................................................................................................................27

A.2.1 Step 1: Assessment of the relative binding force of the unsaturated soil ............................................27

A.2.2 Step 2: Climatic water balance (v ) ............................................................................................................30

A.2.3 Step 3: Groundwater Table.........................................................................................................................31

A.2.4 Examples of application..............................................................................................................................32

A.2.5 Literature ......................................................................................................................................................33

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ISO/DIS 15175

A.3 Qualitative methods for assessing the potential leaching risk - Organic contaminants ......................33

A.3.1 Introduction ..................................................................................................................................................33

A.3.2 Properties and behaviour of organic chemicals in soils .........................................................................34

A.3.3 Step 1: Prediction of binding......................................................................................................................38

A.3.4 Step 2: Prediction of degradation and volatilisation................................................................................39

A.3.5 Step 3: Prediction of leaching ....................................................................................................................40

A.3.6 Examples of application..............................................................................................................................41

A.3.7 Literature.......................................................................................................................................................41

Annex B (informative) Quantitative methods for assessing the actual leaching risk........................................43

B.1 Introduction ..................................................................................................................................................43

B.2 Substance concentration in soil water......................................................................................................43

B.2.1 Direct investigation of soil water ...............................................................................................................43

B.2.2 Estimation of concentrations in soil water based on soil investigations..............................................44

B.2.3 Estimation of the concentrations of substances in soil water based on groundwater

investigations...............................................................................................................................................44

B.3 Detailed investigation..................................................................................................................................44

B.4 Transferable substance volumes...............................................................................................................44

B.5 Mobilisable contents ...................................................................................................................................45

B.6 Degradation of organic contaminants .......................................................................................................45

B.7 Model-based risk assessment of a groundwater pollution .....................................................................45

Annex C (informative) Types of contaminated sites and associated contaminants..........................................47

Annex D (informative) List of priority pollutants with respect to groundwater pollution..................................49

D.1 EPA-List ........................................................................................................................................................49

D.2 WHO List (Chemicals of health significance in drinking-water) .............................................................50

D.3 EC Drinking Water Standards (Parameters concerning toxic substances)...........................................51

D.4 EC Framework Directive 76/474/EEC .........................................................................................................51

Annex E (informative) Overview of soil leaching and extraction test..................................................................53

E.1 Introduction ..................................................................................................................................................53

E.2 General assumptions for use of leaching test..........................................................................................53

E.3 Types of leaching test .................................................................................................................................53

E.3.1 Column leaching tests.................................................................................................................................53

E.3.2 Lysimeter leaching tests.............................................................................................................................54

E.4 Extraction or batch test types ....................................................................................................................54

E.5 Tank leaching test for compacted granular materials .............................................................................54

E.6 Test conditions ............................................................................................................................................55

E.6.1 Pre-treatment................................................................................................................................................55

E.6.2 Composition of the leachant.......................................................................................................................55

E.6.3 Mode and method of soil/leachant contact...............................................................................................55

E.6.4 Liquid/solid ratio (L/S).................................................................................................................................55

E.6.5 Contact time .................................................................................................................................................56

E.6.6 Temperature .................................................................................................................................................56

E.6.7 Separation of eluate from the solid phase ................................................................................................56

E.6.8 Chemical analysis and characterisation of the eluate .............................................................................56

E.7 Literature.......................................................................................................................................................56

Annex F (informative) List of ISO soil quality standards by number and subject group...................................57

F.1 International Standards on soil quality as available May 1999...............................................................57

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ISO/DIS 15175
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.

International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 3.

Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting.

Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this International Standard may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.

International Standard ISO 15175 was prepared by Technical Committee ISO/TC 190, Soil quality, Subcommittee

SC 7, Soil and site assessment.
© ISO 2000 – All rights reserved v
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DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/DIS 15175
Soil quality — Characterisation of soil related to groundwater
protection
1 Scope

This International Standard provides guidance on the principles behind, and main methods for, the evaluation of sites,

soils, and soil materials in relation to their role as a source of contamination of groundwater and their function in

transporting, degrading and transforming contaminants. This standard identifies and lists relevant monitoring strategies,

methods for sampling, soil processing, and analytical methods.

The standard is relevant to the evaluation of a contaminants impact on groundwater in relation to,

� Drinking water
� Irrigation
� Industrial use
� Natural base flow

It is one of a series of International Standards on Soil and Site Assessment and should be read as appropriate with

other standards in the series.
2 Normative references

The following normative documents contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of

this International Standard. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these

publications do not apply. However, parties to agreements based on this International Standard are encouraged to

investigate the possibility of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For

undated references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of ISO and IEC

maintain registers of currently valid International Standards.
ISO 11259, Soil Quality — Simplified soil description
ISO 5667-1: 1980, Water Quality — Sampling - Design of sampling programmes
ISO 5667-2: 1991, Water Quality — Sampling - Guidance on sampling techniques

ISO 5667-3: 1985, Water Quality — Sampling — Guidance on the preservation and handling of samples

ISO 5667-4: 1987, Water Quality — Sampling — Guidance on sampling from lakes, natural and man-made

ISO 5667-6: 1991, Water Quality — Sampling — Guidance on sampling rivers and streams

ISO 5667-11: 1993, Water Quality — Sampling — Guidance on sampling groundwater [Note: TC 147 has a new

work item on sampling groundwater for contamination]

ISO 11074-1: 1996, Soil quality — Vocabulary — Part 1: Terms and definitions relating to the protection and

pollution of soil
© ISO 2001 – All rights reserved 1
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ISO/DIS 15175

ISO/DIS 10381-1: 1996, Soil quality — sampling — Guidance on the design of sampling programmes

ISO/DIS 10381-2: 1996, Soil quality — sampling — Guidance on sampling techniques
ISO/DIS 10381-3: 1996, Soil quality — sampling: Guidance on safety

ISO/DIS 10381-4: 1996, Soil quality — sampling — Guidance on the procedure for the investigation of natural,

nearnatural and cultivated sites

ISO/DIS 10381-5: 2000, Soil quality — Sampling — Guidance on procedures for the investigation of soil

contamination of urban and industrial sites

ISO 10381-6: 1993, Soil quality — Sampling — Guidance on the collection, handling and storage of soil for the

assessment of aerobic microbial processes in the laboratory
3 General

Soils are of central importance within the water cycle because their storage and filter functions have a favourable and

lasting influence on the water balance and groundwater quality. In this context, particular attention must be paid to the

following functions:

� mechanical filter functions (retention of suspended sludge and pollutant particles)

� chemical filter functions (sorption and mobilisation of substances)
� transformation functions (degradation or transformation of substances).

Soil is understood as a porous medium consisting of three phases - the solid phase, the liquid phase and the gaseous

phase. The ratio of these phases and their respective compositions vary widely in time and space.

The assessment of contamination affecting groundwater quality requires a profound understanding of the governing

processes and reactions of potentially toxic compounds in soils. Contaminants are translocated in all three phases of

soils as a function of the properties of the chemicals and the soil. Hence strategies for assessing risks to groundwater

due to soil contamination should vary with the contaminants considered and should take into account those soil

properties which mainly govern the soils filter and transformation functions.

In addition to considering the properties of the chemicals and the soil governing the behaviour of contaminants in soils,

different ways for contaminants to enter soils have also to be evaluated when designing suitable risk assessment

strategies, with respect to contamination of groundwater. Soil and groundwater contamination can be caused by

different sources at different spatial scales as indicated in Figure 1. At regional and larger scales, soil contamination is,

for example caused by wet and dry atmospheric deposition and has predominantly diffuse character on a moderate

level of contamination. On a local scale, a variety of point sources may cause all kinds and magnitudes of soil and

groundwater contamination. Most point sources of contamination may also be regarded as off-site diffuse sources of

groundwater contamination. It is evident that different contamination scenarios as a function of contamination sources

and scale demand different investigation strategies with respect to groundwater impact. At present there are no uniform

principles for the investigation and evaluation of contaminated soils and contaminated sites in relation to the protection

of water resources.
2 © ISO 2001 – All rights reserved
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ISO/DIS 15175

Figure 1 — Definition of groundwater zones and examples of sources of contamination

Investigation strategies may be qualitative or quantitative. Qualitative approaches mostly refer to assessment of for

example the potential leaching risk of chemicals through the soil towards groundwater. Contrary to quantitative

approaches the level of actual soil contamination is not taken into account. Approaches of this type can also be utilised

e.g. to classify larger areas with respect to their capability of protecting groundwater resources against contamination or

as an introductory step in an assessment of an actual contaminated site.

To assess the on-site impact on groundwater resulting from specific soil contamination, quantitative approaches based

on site specific investigation procedures including laboratory and/or field measurements have to be carried out.

Laboratory measurements can include physical, chemical and biological analysis, and leaching tests. Assessments of

this kind also have to take into account natural background concentrations of a substance and other natural conditions

affecting the impact on the groundwater. Assessments of impact on groundwater will often include a temporal aspect,

since the actual impact may not be measurable at the time of the investigation, but may happen some time in the

future.
Assessments also depend on the purposes of investigations, e.g.:
� conservation of soil functions in order to prevent groundwater contamination
� process-orientated soil and groundwater monitoring
� risk assessment
� controlling remediation measures
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ISO/DIS 15175

A listing of suitable methods are covered in the main part of this standard (see clause 5). Some examples of

assessment using principles of this standard are provided in the informative Annexes A and B.

Since the impact on groundwater can lead to impact on surface waters, this aspect can in some cases be relevant in an

overall impact assessment. This issue will not be handled explicitly in this standard.

4 Definitions

For the purposes of this International Standard the following definitions are applied:

4.1 Assessment
4.1.1
hazard

Property of a substance or material, or any action, which may cause an adverse effect on soil functions.

4.1.2
risk

An expression of the probability that an adverse effect on soil functions will occur under defined conditions and the

magnitude of the consequences of the effect occurring.
4.2
background concentration

The concentration of a substance characteristic of an area or region arising from both natural and non-natural

diffuse sources such as atmospheric deposition. Commonly expressed in terms of average, "typical" or a range of

values or referred to as a baseline.
NOTE See natural background concentration.
4.3
background value

An expression of the upper limit of the range of the background concentration: commonly expressed as the 90 th

percentile value.
4.4
contaminant
A substance or agent present in the soil as a result of human activity.

NOTE There is no assumption in this Definition that harm results from the presence of the contaminant - see also Pollutant.

4.5
diffuse source input/non-point source input

Input of a substance emitted from moving sources, from sources with a large area or from many sources

NOTE 1 The sources can be cars, application of substances through agricultural practices, emissions from town or region,

deposition through flooding of a river.

NOTE 2 Diffuse source input usually leads to sites that are relatively uniformly contaminated. At some sites the input

conditions may nevertheless cause a higher local input near the source or where atmospheric deposition /rain is increased.

4.6
groundwater

Water which is being held in, and can usually be recovered from an underground formation.

4.7
natural background concentration

The concentration of a substance that is derived solely from natural sources (i.e, of geogenic origin). Commonly

expressed in terms of average, "typical" or a range of values.
4 © ISO 2001 – All rights reserved
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ISO/DIS 15175
4.8
percolating water

Undergroundwater that moves downward in the percolating space due to gravity, insofar as it is not groundwater.

4.9
point source input
Input of a substance from a stationary discrete source of definite size.

NOTE 1 The sources can be stack emissions, accidental spills, waste dumps, spills on industrial sites, major leaks from

sewers and other pipelines.

NOTE 2 Point source input can cause both locally contaminated sites and relatively uniformly contaminated sites.

4.10
pollutant

A substances or agent present in the soil (or groundwater) which due to its properties, amount or concentration

causes adverse impacts on soil functions or soil use.

NOTE Those substances which due to their properties, amount or concentration cause impacts on the soil function or soil

use (ISO 11074-1).
4.11
residual contamination

The amount or concentration of contaminants remaining in specific media following remediation (ISO 11074-4).

4.12
saturated zone

Zone of the underground, where the space of the lithosphere is filled uninterruptedly with water at the time of

consideration.

NOTE The saturated zone encompasses the groundwater zone including the zone of capillary water.

4.13
soil

The upper layer of the earth's crust composed of mineral parts, organic substance, water, air and living matter

(ISO 11074-1).
4.14
soil functions

The soil functions describe the significance of soils to man and the environment (ISO 11074-1). Important soil

functions are:
� control of substance and energy cycles as compartment of ecosystems
� basis for the life of plants, animals and man
� basis for the stability of buildings and roads
� basis for the yield of agriculture, horticulture and forestry
� carrier of groundw
...

PROJET DE NORME INTERNATIONALE ISO/DIS 15175
ISO/TC 190/SC 7 Secrétariat: DIN
Début du vote Vote clos le
2001-03-15 2001-08-15

INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION � МЕЖДУНАРОДНАЯОРГАНИЗАЦИЯПОСТАНДАРТИЗАЦИИ � ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION

Qualité du sol — Caractérisation des sols en relation
avec la nappe phréatique
Soil quality — Characterization of soil related to groundwater protection
ICS 13.080.40

Pour accélérer la distribution, le présent document est distribué tel qu'il est parvenu du

secrétariat du comité. Le travail de rédaction et de composition de texte sera effectué au

Secrétariat central de l'ISO au stade de publication.

To expedite distribution, this document is circulated as received from the committee

secretariat. ISO Central Secretariat work of editing and text composition will be undertaken at

publication stage.

CE DOCUMENT EST UN PROJET DIFFUSÉ POUR OBSERVATIONS ET APPROBATION. IL EST DONC SUSCEPTIBLE DE MODIFICATION ET NE PEUT ÊTRE

CITÉ COMME NORME INTERNATIONALE AVANT SA PUBLICATION EN TANT QUE TELLE.

OUTRE LE FAIT D'ÊTRE EXAMINÉS POUR ÉTABLIR S'ILS SONT ACCEPTABLES À DES FINS INDUSTRIELLES, TECHNOLOGIQUES ET COMMERCIALES,

AINSI QUE DU POINT DE VUE DES UTILISATEURS, LES PROJETS DE NORMES INTERNATIONALES DOIVENT PARFOIS ÊTRE CONSIDÉRÉS DU POINT

DE VUE DE LEUR POSSIBILITÉ DE DEVENIR DES NORMES POUVANT SERVIR DE RÉFÉRENCE DANS LA RÉGLEMENTATION NATIONALE.

© Organisation internationale de normalisation, 2001
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ISO/DIS 15175
Notice de droits d’auteur

Ce document de l’ISO est un projet de Norme internationale qui est protégé par les droits d’auteur de l’ISO.

Sauf autorisé par les lois en matière de droits d’auteur du pays utilisateur, aucune partie de ce projet ISO ne

peut être reproduite, enregistréedans un système d’extraction ou transmise sous quelque forme que ce soit

et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, les enregistrements ou autres,

sans autorisation écrite préalable.

Les demandes d’autorisation de reproduction doivent être envoyées à l’ISO à l’adresse ci-aprèsouau

comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
Responsable des droits d’auteur
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Toute reproduction est soumise au paiement de droits ou à un contrat de licence.
Les contrevenants pourront être poursuivis.
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ISO/DIS 15175
Sommaire

Avant-propos..............................................................................................................................................................iv

1 Domaine d'application...................................................................................................................................1

2 Introduction....................................................................................................................................................2

3Références normatives .................................................................................................................................1

4Définitions ......................................................................................................................................................4

5 Evaluation du site ..........................................................................................................................................6

6 Manipulation, évaluation et qualité des données.....................................................................................22

Annexe A (normative) Méthodes qualitatives d’estimation des risques potentiels de lixiviation ...................25

Annexe B (informative) Méthodes quantitatives d’estimation des risques réels de lixiviation ......................47

Annexe C (informative) Types de sites contaminés et contaminants correspondants ...................................52

Annexe D (informative) Liste des polluants prioritaires du point de vue de la pollution de la

nappe phréatique.........................................................................................................................................53

Annexe E (informative) Synthèse des tests de lixiviation et d’extraction des sols..........................................57

Annexe F (informative) Liste des normes ISO relatives à la qualité des sols par numéro et groupe

de sujets .......................................................................................................................................................62

© ISO 2001 – Tous droits réservés iii
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ISO/DIS 15175
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 confiéeaux

comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude aledroit de fairepartie ducomité

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 (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.

Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI, Partie 3.

Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour

vote. Leur publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités

membres votants.

L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments delaprésente/du présent Norme internationale

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.

La Norme internationale ISO 15175 a étéélaboréepar le comité technique ISO/TC 190, Qualité des sols,

sous-comité SC 7, Evaluation des sols et des sites.
iv © ISO 2001 – Tous droits réservés
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PROJET DE NORME INTERNATIONALE ISO/DIS 15175
Qualité du sol — Caractérisation des sols en relation avec la
nappe phréatique
1 Domaine d'application

Cette Norme Internationale fournit des conseils sur les principes régissant l’estimation des sites, des sols et des

matériaux provenant du sol et sur les principales méthodes correspondantes, en relation avec leur rôle comme

source de contamination de la nappe phréatique et avec leur fonction de transport, de dégradation et de

transformation des contaminants. Elle identifie et donne la liste des stratégies de surveillance pertinentes, des

méthodes d’échantillonnage, des méthodes de traitement des sols et des méthodes analytiques.

Cette norme est pertinente pour l’évaluation de l’impact des contaminants sur la nappe phréatique, en relation

avec:
� l’eau potable;
� l’irrigation;
� l’utilisation industrielle;
� l’alimentation naturelle par les eaux souterraines.

Elle fait partiedelasérie des Normes Internationales sur l’évaluation des sols et des sites et doit être prise en

compte, le cas échéant, avec les autres normes de la série.
2Références normatives

Les normes contenant des dispositions qui, à travers des références dans ce texte, constituent une partie

intégrante de cette Norme Internationale sont énumérées ci-dessous. Au moment de la publication, les éditions

énumérées ci-dessous étaient valables. Toutes les normes sont sujettes à révision et les utilisateurs de cette

norme doivent faire de leur mieux pour se procurer les versions les plus récentes des normes énumérées ci-

dessous. Les membres de la CEI et de l’ISO conservent un registre des Normes Internationales en cours de

validité.
ISO 11259:Qualité du sol – Description simplifiéedusol.

ISO 5667-1:1980: Qualité de l’eau - Echantillonnage – Définition de programmes de prélèvement.

ISO 5667-2:1991: Qualité de l’eau - Echantillonnage – Conseils pour les techniques de prélèvement.

ISO 5667-3:1985: Qualité de l’eau - Echantillonnage – Conseils pour la conservation et la manipulation des

échantillons.

ISO 5667-4:1987: Qualité de l’eau - Echantillonnage – Conseils pour les prélèvements à partir de lacs, de plans

d’eau naturels ou artificiels.

ISO 5667-6:1991: Qualité de l’eau – Echantillonnage – Conseils pour les prélèvements à partir de rivières et de

cours d’eau.
© ISO 2001 – Tous droits réservés 1
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ISO/DIS 15175

ISO 5667-11: 1993: Qualité de l’eau - Echantillonnage –Conseils pour les prélèvements dans la nappe phréatique

[Remarque: TC 147 est chargé d’une nouvelle tâche concernant le prélèvement dans la nappe phréatique à la

recherche d’une contamination].

ISO 11074-1: 1996 Qualité des sols - Vocabulaire - Partie 1: Termes et définitions relatifs à la protection et à la

pollution des sols.

ISO 10381-1:Qualité des sols: échantillonnage: Conseils pour la définition de programmes de prélèvement (en

cours de préparation juin 1996).

ISO 10381-2:Qualité des sols: échantillonnage: Conseils pour les techniques de prélèvement (en cours de

préparation juin 1996).

ISO 10381-3:Qualité des sols: échantillonnage: Conseils relatifs à la sécurité(encoursdepréparation juin 1996).

ISO 10381-4:Qualité des sols: échantillonnage: Conseils sur la procédure d’investigation des sites naturels, quasi-

naturels et des sites cultivés (en cours de préparation juin 1996).

ISO 10381-5:Qualité des sols : échantillonnage: Conseils sur les procédures d’investigation de la contamination

des sols sur les sites urbains et industriels (en cours de préparation juin 1996).

ISO 10381-6:1993:Qualité des sols: échantillonnage: Conseils pour le recueil, la manipulation et le stockage des

sols pour l’évaluation des processus microbiens aérobies en laboratoire.
3 Introduction

Les sols ont une importance centrale dans le cycle de l’eau car leur fonction de stockage et de filtrage a une

influence favorable et durable sur le bilan de l’eau et sur la qualité de la nappe phréatique. Dans ce contexte, il faut

porter une attention particulière aux fonctions suivantes:

� fonctions de filtrage mécanique (rétention des boues en suspension et des particules de polluant);

� fonctions de filtrage chimique (adsorption et mobilisation des substances);
� fonctions de transformation (dégradation ou transformation des substances).

Le sol doit être considéré comme un milieu poreux constitué de trois phases: la phase solide, la phase liquide et la

phase gazeuse. Le rapport entre ces trois phases et leurs compositions respectives varie dans de grandes

proportions en fonction du temps et de l’espace.

L’évaluation de la contamination affectant la qualité de la nappe phréatique requiert une très bonne compréhension

des processus fondamentaux et des réactions des composés potentiellement toxiques dans les sols. Les

contaminants se répartissent entre les trois phases des sols en fonction des propriétés des composés chimiques et

du sol. Ainsi, les stratégies d’évaluation des risques pour la nappe phréatique dus à la contamination du sol

peuvent varier en fonction des contaminants considérés et doivent prendre en compte les propriétés du sol qui

régissent principalement les fonctions de filtrage et de transformation de ce dernier.

Outre l’étude des propriétés des produits chimiques et celles du sol régissant le comportement des contaminants

dans les sols, il faut également évaluer les différentes manières dont les contaminants pénètrent dans les sols lors

de la définition de stratégies adaptées d’estimation des risques, du point de vue de la contamination de la nappe

phréatique. La contamination des sols et de la nappe phréatique peut avoir différentes sources à différentes

échelles spatiales (voir Figure 1). A une échelle régionale ou plus, la contamination des sols est provoquée, par

exemple, par des dépôts d’origine atmosphérique se déposant à sec ou à la faveur de précipitations et elle

présente un caractère principalement diffus avec un niveau de contamination modéré.A l’échelle locale, différents

types de sources ponctuelles peuvent provoquer des contaminations du sol et de la nappe phréatique de toutes

natures et de tous degrés. La plupart des sources ponctuelles de contamination peuvent également être

considérées comme des sources diffuses ex-situ de contamination de la nappe phréatique. Il est évident que des

scénarios de contamination différents en fonction des sources de contamination et de l’échelle de cette

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contamination exigent des stratégies d’investigation différentes en ce qui concerne l’impact sur la nappe

phréatique. Il n’existe à présent aucun principe uniforme présidant à l’investigation et à l’évaluation des sols et des

sites contaminés en relation avec la protection des ressources en eau.
Zone aquifère non confinée
Source
Point source
diffuse
Zone de l’eau du sol
Zone
d’in-
filtra-
tion
Zone intermédiaire
Phase vapeur des
(eau suintée)
contaminants
Eau capillaire
Zone
Niveaudelanappe
satu-
Zone de la nappe
Zone aquifère
ration
phréatique
Zone aquifère confinée
Source
Point source
diffuse Zone
d’in-
Zone de l’eau dusol
filtra-
tion
Phase vapeur des
contaminants
Eau capillaire
Surface
piézométrique
Eau phréatique
Zone
Couche
semiperméable
satu-
ration
Zone de la nappe phréatique
Zone aquifère
Direction principale d’écoulement des eaux souterraines
Exemple de migration de la phase libre de l’essence
Migration des contaminants dissous

Figure 1 - Définition des zones de la nappe phréatique et exemples de sources de contamination

Les stratégies d’investigation peuvent être qualitatives ou quantitatives. Les méthodes qualitatives font le plus

souvent référence à l’estimation, par exemple, des risques potentiels de lixiviation de produits chimiques à travers

le sol en direction de la nappe phréatique. Contrairement aux méthodes quantitatives, le niveau réel de

contamination du sol n’est pas pris en compte. Des méthodes de ce type peuvent également être utilisées, par

exemple pour la classification de zones plus étendues en fonction de leur capacitéà protéger de la contamination

les ressources de la nappe phréatique ou comme étape préliminaire dans l’évaluation d’un site réel contaminé.

Pour évaluer l’impact in situ d’une contamination particulière du sol sur la nappe phréatique, il faut utiliser des

méthodes quantitatives fondées sur les procédures spécifiques d’investigation in situ, incluant des mesures en

laboratoire et/ou sur le terrain. Les mesures en laboratoire peuvent comprendre des analyses physiques,

chimiques et biologiques et des essais de lixiviation. Les évaluations de cette nature doivent également prendre en

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compte les concentrations naturelles d’arrière-plan d’une substance et autres conditions naturelles ayant une

influence sur l’impact sur la nappe phréatique. Les estimations de l’impact sur la nappe phréatique intégreront

souvent un aspect temporel, car il se peut que l’impact réel ne soit pas mesurable au moment de l’investigation,

mais se produise à un certain moment dans le futur.

Les évaluations dépendent également de la raison des investigations, par exemple:

� préservation des fonctions du sol visant àéviter lacontaminationdelanappephréatique

� surveillance des sols et de la nappe phréatique fondée sur les processus
� évaluationdurisque
� contrôle des mesures correctives

La partie principale de cette norme (voir clause 5) couvre une liste des méthodes applicables. Un certain nombre

d’exemples d’évaluation utilisant les principes de cette norme sont donnés dans les annexes informatives A et B.

Comme l’impact sur la nappe phréatique peut entraîner un impact sur les eaux de surface, cet aspect peut

s’avérer, dans certains cas, pertinent dans une évaluation globale de l’impact. Ce problème n’est pas traité de

manière explicite dans cette norme.
4Définitions

Dans le cadre de cette Norme Internationale, les définitions suivantes s’appliquent:

4.1
évaluation
4.1.1
danger

propriété d’une substance, d’un matériau ou d’une action qui peut avoir un effet négatif sur les fonctions du sol

4.1.2
risque

expression de la probabilité qu’il se produise un effet négatif sur les fonctions du sol dans les conditions définies,

et de l’importance des conséquences de l’effet
4.2
concentration d’arrière-plan

concentration d’une substance, caractéristique d’une zone ou d’une région provenant de sources diffuses, à la fois

naturelle et non naturelle comme les dépôts d’origine atmosphérique. Généralement expriméesous la formed’une

valeur moyenne, d’une valeur « typique » ou d’un intervalle de valeurs, ou considérée comme point de référence.

NOTE Voir concentration naturelle d’arrière-plan.
4.3
valeur d’arrière-plan

expression de la limite supérieure des concentrations d’arrière-plan, expriméegénéralement sous la forme du

neuvième décile
4.4
contaminant
substance ou agent présent dans le sol à la suite d’une activité humaine

NOTE Cette Définition ne présuppose pas que la présence du contaminant entraîne des effets négatifs - voir également

Polluant.
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4.5
apport de sources diffuses / apport de sources non ponctuelles

apport de substances provenant de sources mobiles, de sources sur une large zone ou de sources nombreuses

NOTES

1 Les sources peuvent être des véhicules, l’application de substances par l’intermédiaire de pratiques agricoles, les émissions

provenant d’une ville ou d’une région, des dépôts provenant de la crue d’une rivière.

2L’apport de sources diffuses conduit souvent à des sites qui sont contaminésdemanière relativement uniforme. Dans certains

sites, les conditions d’apport peuvent néanmoins causer un apport plus important au voisinage de la source oùà des endroits

où les dépôts d’origine atmosphérique, ou entraînés par les précipitations, sont plus élevés.

4.6
nappe phréatique

eau contenue dans une formation souterraine et qui peut généralement être récupérée à partir de cette formation

4.7
concentration naturelle d’arrière-plan

concentration d’une substance à partir de sources naturelles uniquement (par exemple d’origine géogénique).

Généralement exprimée sous forme de moyenne, de valeur "typique" ou d’intervalle de valeurs.

4.8
eau d’infiltration

eau souterraine descendant dans l’espace d’infiltration sous l’influencedelagravité, dans la mesure où elle ne se

trouve pas dans la nappe phréatique
4.9
apport de source ponctuelle

apport d’une substance provenant d’une source discrète stationnaire de taille définie

NOTES

1 Les sources peuvent être des émissions provenant de cheminées, des épandages accidentels, des décharges, des

épandages sur des sites industriels, des fuites importantes provenant d’égouts ou autres canalisations.

2 Les apports des sources ponctuelles peuvent aussi bien entraîner la contamination locale de sites que leur contamination

relativement uniforme.
4.10
polluant

substances ou agents présents dans le sol (ou la nappe phréatique) qui, du fait de leurs propriétés, de leur quantité

ou de leur concentration, provoquent des effets négatifs sur les fonctions ou l’utilisation du sol

NOTE Substances qui, à cause de leurs propriétés, de leur quantité ou de leur concentration ont un impact sur les

fonctions ou sur l’utilisation du sol (ISO 11074-1).
4.11
contamination résiduelle

quantité ou concentration de contaminants subsistant dans un milieu particulier après des mesures curatives

(ISO 11074-4)
4.12
zone saturée

zone souterraine, où l’espace de la lithosphère est rempli d’eaudemanière ininterrompue à l’instant considéré

NOTE La zone saturée comprend la zone de la nappe phréatique, incluant la zone de l’eau capillaire

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4.13
sol

la partie supérieuredela croûte terrestre composéed’une partie minérale, de substances organiques, d’eau, d’air

et de matière vivante (ISO 11074-1)
4.14
fonctions du sol

lesfonctionsdu sol décrivent l’importance des sols pour l’homme et l’environnement (ISO 11074-1). Les fonctions

importantes du sol sont les suivantes:

� contrôle des cycles des substances et de l’énergie en tant que compartiment des écosystèmes,

� support de la vie des plantes, des animaux et de l’homme,
� support de la stabilité des bâtiments et des routes,

� support du rendement de l’agriculture, de l’horticulture et de l’exploitation forestière,

� support de la nappe phréatique et des sites de stockage,
� support du réservoir génétique,
� document de l’histoire naturelle,
� document archéologique et paléoécologique.
4.15
matériaux obtenus à partir du sol

les matériaux obtenus à partir du sol comprennent le sol excavé,les matériaux de dragage et le sol traité pour que

soit éliminée, détruite ou réduite la disponibilité de contaminants vis-à-vis de l’environnement

4.16
eau du sol
l’eau du sol comprend toute l’eau des zones insaturée et saturée
4.17
sous-sol

couche de roches partiellement décomposées sous la terre végétale et au-dessus de la roche mère sous-jacente

4.18
terre végétale

partie supérieure d’un sol naturel qui est généralement de couleur foncée et dont la teneur en substances

organiques et en substances nutritives est supérieure au sous-sol sous-jacent (ISO 11074-1)

4.19
zone insaturée

zone du sol et du sous-sol où l’espace de la lithosphère n’est pas rempli d’eau de manière ininterrompue à l’instant

considéré

NOTE La zone insaturée comprend la zone des eaux d’infiltration, la zone des eaux capillaires étant exclue.

5 Evaluation du site

Une condition préalable à l’évaluation du trajet entre le sol et la nappe phréatique est la détermination des

caractéristiques physiques, chimiques et biologiques pertinentes des sols et des caractéristiques hydrologiques du

site. Il faudra donc habituellement recueillir au préalable des données pour évaluer la source de contamination en

fonction du type et du degré de contamination et de l’étendue de la source (des sources).

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Il convient également de décrire le compartiment du sol qui est influencé par la source et les facteurs dans ce

compartiment ayant une incidence sur l’impact réel sur la nappe phréatique. De nombreux processus ont une

influence sur l’impact sur la nappe phréatique de ce compartiment du sol, parmi lesquels un certain nombre de

processus physiques, chimiques et biologiques. Pour évaluer l’importance de ces processus lors d’une évaluation

particulière, il est nécessaire de décrire la structure du compartiment du sol, c’est-à-dire sa géométrie, ses

conditions hydrauliques et les processus chimiques et biologiques naturels. Les apports au compartiment du sol

comprennent les infiltrations d’eau et de contaminants particuliers. Le résultat est un flux de contaminants vers le

compartiment considéré de la nappe phréatique. La Figure 2 présente une description de principe de ces éléments

et on trouvera en clause 5.1 une description complémentaire des paramètres pertinents.

Detoxification Dissémination des
graines
Volatilisation
Absorption
Ruissellement/Erosion
exsudation
Adsorption
Biological
Precipitation
Argile
degradation
Complexation
Échange d’ions
Lixiviation
Oxydes
Matières organiques
Ecoulement par
densité Ecoulement
capillaire
Niveau de la nappe
phréatique

Figure 2 - Schéma illustrant le compartiment du sol couvert par la procédure d’évaluation et les processus

ayant une influence sur l’impact de la contamination sur la nappe phréatique.

Les types d’informations nécessaires à la description du compartiment du sol pertinent comprennent la pédologie,

la lithologie du matériau mère, la pédologie (par exemple, structure du sol), l’hydrogéologie (par exemple,

perméabilité), les conditions physico-chimiques (par exemple, pH) et les conditions biologiques (par exemple,

présence de substrat). Les dimensions du compartiment du sol àétudier (et le degré de détail de l’étude) doivent

donc dépendre du type d’estimation (clause 2). Par exemple, le volume est important si l’évaluation s’intéresse à

l’utilisation générale des pesticides et des engrais dans la zone couvrant un réservoir de la nappe phréatique utilisé

comme source d’eau potable. La surface et le volume du compartiment de sol étudié sont considérablement plus

faibles si l’estimation couvre un « point chaud » d’un site contaminé avec un puits pompant dans la nappe

phréatique dans un site voisin.
5.1 Processus pertinents dans le sol

Le transport des contaminants dans la zone non saturéedépend non seulement du transport de l’eau d’infiltration,

mais également d’un certain nombre de processus biologiques et chimiques. La nature des processus considérés

comme importants dans un contexte donné dépendra du type de contaminants et de l’état réel du sol. Une vue

d’ensemble des paramètres des sols et des contaminants en relation avec le transport des contaminants est

présentée dans le Tableau 1.
5.2 Procédures d’estimation de l’impact

Pour terminer la description de la source et du sol, il est nécessaire de définir les éléments suivants:

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� stratégies d’évaluation des paramètres particuliers du site,
� stratégies de prélèvement, et
� stratégies d’analyse et d’essai

pour chacun des sites et/ou des milieux (sol, nappe phréatique, air contenu dans le sol) qui ont un impact sur la

nappe phréatique.
Ces stratégies doivent être définies à partir des éléments suivants:
� historique du site ou de la zone,
� données disponibles et/ou résultats d’études précédentes,

� nature des méthodes de traitement fondées sur des processus, qui ont été appliquées au sol,

� utilisation prévue du site.

Pour optimiser les besoins réels d’information en rapport avec les coûts et le temps exigés par les investigations in

situ et en laboratoire, il est recommandé de mener l’évaluation dans le cadre d’une procédure par étapes

(Tableau 2).

Cette première étape comporte une étude préliminaire fondée sur des recherches documentaires et sur des

investigations limitées in situ dans le but de réaliser une estimation préliminaire de l’impact. Cette étape comprend

une estimation de la géométrie du sol, des structures du sol et des conditions hydrologiques à partir d’une

connaissance générale de la zone, complétée éventuellement par certaines données du terrain correspondant aux

conditions locales. On évaluelaprésence de contaminants présentant de l’intérêt et leurs concentrations

vraisemblables à partir de l’historique du site et de quelques analyses d’échantillons de sol et d’eau et/ou de

mesures des gaz contenus dans le sol. Les processus de transport et de décomposition pertinents sont définis de

manière approximative à partir de données relatives à l’état du sol et aux contaminants correspondants, trouvées

dans les publications. A l’étape 1, des méthodes qualitatives comme celles présentées à titre d’exemple en

Annexe A peuvent être utiles tout comme des méthodes quantitatives telles que celles décrites comme méthodes

de niveau 1 en Annexe B.
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Tableau 1 - Paramètres du sol et des contaminants relatifs à différents processus dans le sol

Interaction -
Processus Paramètres – Sol Paramètres - Contaminant
Sol/contaminant

Transport massique des Conductivité hydraulique, degré de Solubilité, volatilité, densité, Perméabilité relative,

contaminants saturation, porosité, distribution de la viscosité saturation résiduelle,

taille des pores, fonction de rétention mouillabilité,tension
de l’eau dans le sol de surface, pression
capillaire
Transport du contaminant
dans l’eau:
Advection Gradient de pression, conductivité Viscosité
hydraulique, porosité
Dispersion/diffusion
Dispersivité, vitesse de l’eau des
Coefficient de diffusion
pores
Transport de densité Vitessedel’eau des pores,
Densité du liquide Dispersion,
stratification du sol
variations de densité
Distribution de la taille des pores,
Ecoulement préférentiel
Viscosité,densité, coefficient
taille des fissures, taille des
de diffusion
macropores, connectivité
Volatilisation Teneur en eau, température, teneur Pression de vapeur, constante
de la phase chimique de Henry
Transport en phase Teneur en eau, tortuosité, Coefficient de diffusion
gazeuse différences de pressions

Dissolution - Conductivité hydraulique, tortuosité, Solubilité, composition de la

teneur en eau phase chimique
Matières organiques
Dissolution - Conductivité hydraulique, tortuosité, Produit de solubilité
teneur en eau
Matières inorganiques
Précipitation pH, redox, autres éléments Produit de solubilité,
constante de complexation
Complexation pH, concentration en ligands Constante de complexation
Echange ionique Capacité d’échange cationique, Valence, degré d’hydratation
force ionique, autres cations, pH,

Adsorption – matières PH, teneur en matières organiques, Coefficient de distribution

organiques teneur en argile et minéralogie, octanol-eau, constante
surface spécifique d’adsorption
Adsorption – matières pH, teneur en matières organiques, Constante d’adsorption
inorganiques teneur en argile et minéralogie,
surface spécifique, oxyde non
cristallin (ordre à courte distance) et
gels d’oxydes hydratés
Dégradation
- Abiotique Redox, pH, température
-Biotique Micro-organismes, redox, substrat, Présence de substrat
pH, température primaire, dégradabilité, toxicité
pour les micro-organisme
...