Soil quality — Guidance on leaching procedures for subsequent chemical and ecotoxicological testing of soils and soil materials

ISO 18772:2008 provides guidance on the appropriate use of leaching tests on soil and soil materials, in order to determine the leaching behaviour in the framework of impact assessment, or for compliance and comparison purposes, including information on the following: the choice of leaching tests, depending on the nature of the problem to be solved and the specific features of the different tests; the interpretation of the test results; the limitations of the tests. In this respect, it is important to keep in mind that leaching tests do not aim to simulate real field conditions, but are designed to address the contact between a solid and a liquid phase for different purposes that are described in ISO 18772:2008. ISO 18772:2008 only concerns natural, contaminated and agricultural soils and soil materials. Questions relating to the leaching of wastes are not covered by ISO 18772:2008. It also does not cover the subject of bioavailability of contaminants to living organisms, which is covered by ISO 17402.

Qualité du sol — Lignes directrices relatives aux modes opératoires de lixiviation en vue d'essais chimiques et écotoxicologiques ultérieurs des sols et matériaux du sol

L'ISO 18772:2008 donne des indications sur l'utilisation appropriée des essais de lixiviation appliqués à des sols et des matériaux du sol afin de déterminer le comportement à la lixiviation dans le cadre d'une évaluation d'impact ou à des fins de conformité ou de comparaison. Il donne notamment des informations concernant ce qui suit: le choix des essais de lixiviation en fonction de la nature du problème à résoudre et des caractéristiques propres aux différents essais; l'interprétation des résultats d'essai; les limites des essais. À cet effet, il est important d'être conscient que les essais de lixiviation n'ont pas pour but de simuler des conditions réelles sur site, mais qu'ils sont conçus pour étudier le contact entre une phase solide et une phase liquide, et ce à différentes fins décrites dans l'ISO 18772:2008. L'ISO 18772:2008 concerne uniquement les sols naturels, contaminés et agricoles, et les matériaux du sol. Les questions relatives à la lixiviation des déchets ne sont pas traitées par l'ISO 18772:2008. Elle ne concerne pas non plus la biodisponibilité des contaminants pour les organismes vivants, ce sujet étant traité par l'ISO 17402.

General Information

Status
Published
Publication Date
06-Feb-2008
Current Stage
9093 - International Standard confirmed
Start Date
22-Sep-2011
Completion Date
17-Oct-2022
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ISO 18772:2008 - Soil quality -- Guidance on leaching procedures for subsequent chemical and ecotoxicological testing of soils and soil materials
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ISO 18772:2008 - Qualité du sol -- Lignes directrices relatives aux modes opératoires de lixiviation en vue d'essais chimiques et écotoxicologiques ultérieurs des sols et matériaux du sol
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 18772
First edition
2008-02-15
Soil quality — Guidance on leaching
procedures for subsequent chemical and
ecotoxicological testing of soils and soil
materials
Qualité du sol — Lignes directrices relatives aux modes opératoires de
lixiviation en vue d'essais chimiques et écotoxicologiques ultérieurs des
sols et matériaux du sol
Reference number
ISO 18772:2008(E)
ISO 2008
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 18772:2008(E)
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Published in Switzerland
ii © ISO 2008 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 18772:2008(E)
Contents Page

Foreword............................................................................................................................................................ iv

Introduction ........................................................................................................................................................ v

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

2 Normative references ............................................................................................................................1

3 Terms and definitions ...........................................................................................................................2

4 General approach ..................................................................................................................................3

4.1 Aim of leaching tests.............................................................................................................................3

4.2 How to choose leaching tests ..............................................................................................................4

4.3 Usefulness of leaching tests to understand and characterise different mechanisms

occurring in soil.....................................................................................................................................7

5 Case 1: Application of leaching tests to determine the leaching behaviour of soil in the

framework of impact assessment........................................................................................................8

5.1 Presentation and description of the assessment methodology.......................................................8

6 Case 2: Compliance and comparison purposes ..............................................................................13

7 Description of test methods ...............................................................................................................14

7.1 Laboratory methods for basic characterisation and compliance/quality control testing............14

7.2 Large-scale columns and lysimeter...................................................................................................25

8 Example: how to use leaching test results to assess the impact of soil on groundwater ..........26

8.1 General..................................................................................................................................................26

8.2 Use of leaching behaviour determination in subsequent transfer and impact assessment .......27

Annex A (informative) Schematic representation of a contaminated site with relevant targets...............28

Annex B (informative) Comparison at different scales of testing

(laboratory, lysimeter and field scale) ...............................................................................................29

Bibliography ......................................................................................................................................................32

© ISO 2008 – All rights reserved iii
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ISO 18772:2008(E)
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 2.

The main task of technical committees is to prepare International Standards. 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 document may be the subject of patent

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

ISO 18772 was prepared by Technical Committee ISO/TC 190, Soil quality, Subcommittee SC 7, Soil and site

assessment.
iv © ISO 2008 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 18772:2008(E)
Introduction

Current soil and soil-materials management (risk assessment practices or regulations) is often based only on

the total amount of contaminants in soil. However, total composition is inadequate for the assessment of

several types of impacts such as impacts on soil, groundwater and surface water due to leaching and

subsequent transport of contaminants (inorganic, organic and natural radionuclides) with water. Indeed, for

many constituents, a significant fraction of the total content is essentially non-leachable, that is to say non-

removable when it comes into contact with a liquid.

Thus, a key aspect to assess the possible management solutions for soil and soil materials in relation to the

presence of contaminant is the release-to-the-water phase. This can be addressed with leaching tests which

can be used to characterise the source term when performing impact assessment and also for the

determination of a leached amount of contaminants when checking compliance with respect to existing limits

or for comparison purposes (e.g. quality control, treatment efficiency).

These statements are relevant for natural, contaminated and agricultural soils and also for soil materials.

Leaching tests, particularly those developed for soil and soil materials, are suitable for the following

applications:

a) Application of leaching tests to determine the leaching behaviour in the framework of impact assessment

Generally, impact assessment is based on the source/pathway/receptor framework.

⎯ Source: assess the release, identify speciation of constituents and retention mechanisms.

⎯ Receptor: determine the potential targets.

⎯ Pathway: estimate the transfer of the source towards the target (e.g. underground water, surface water,

plants, soil organisms, ecosystems).

In this process, leaching tests are used to characterise the source term (so-called characterisation tests) in

accordance with a given scenario (e.g. contamination of the groundwater due to a contaminated site or a soil

amended with sludges), which can either be generic or site-specific.

Leaching tests may also be used as a tool to assess bioavailability (see ISO 17402).

b) Application of leaching tests for compliance and comparison

Based on the background information on the soil and soil materials sampled (e.g. origin, nature of constituents

and contaminants, existing documented information, leaching behaviour), relatively simple and quick leaching

tests can be performed for compliance and comparison purposes. In contrast to characterisation tests, this

type of test is not designed to provide information on leaching mechanisms and controlling factors. However, it

should be possible to link the information obtained with compliance tests to the more elaborate

characterisation tests.
© ISO 2008 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 18772:2008(E)
Soil quality — Guidance on leaching procedures for
subsequent chemical and ecotoxicological testing of soils and
soil materials
1 Scope

This International Standard provides guidance on the appropriate use of leaching tests on soil and soil

materials, in order to determine the leaching behaviour in the framework of impact assessment, or for

compliance and comparison purposes, including information on the following:

⎯ the choice of leaching tests, depending on the nature of the problem to be solved and the specific

features of the different tests;
⎯ the interpretation of the test results;
⎯ the limitations of the tests.

In this respect, it is important to keep in mind that leaching tests do not aim to simulate real field conditions,

but are designed to address the contact between a solid and a liquid phase for different purposes that are

described in this International Standard.

This International Standard only concerns natural, contaminated and agricultural soils and soil materials.

Questions relating to the leaching of wastes are not covered by this International Standard. It also does not

cover the subject of bioavailability of contaminants to living organisms, which is covered by ISO 17402.

Leaching tests are designed and used for characterisation of the source term. It may be possible to address

transport aspects with leaching tests if some basic requirements are known (e.g. hydrodynamic), thus allowing

the determination of key transport parameters (e.g. retardation factors, particle-facilitated transport,

attenuation processes).

In this International Standard, when the term “soil” is only quoted to simplify the writing, the broader term “soil

and soil materials” shall be considered.
2 Normative references

The following referenced documents are indispensable for the application of this International Standard. For

dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced

document (including any amendments) applies.

ISO/TS 21268-1, Soil quality — Leaching procedures for subsequent chemical and ecotoxicological testing of

soil and soil materials — Part 1: Bach test using a liquid to solid ratio of 2 l/kg dry matter

ISO/TS 21268-2, Soil quality — Leaching procedures for subsequent chemical and ecotoxicological testing of

soil and soil materials — Part 2: Bach test using a liquid to solid ratio of 10 l/kg dry matter

ISO/TS 21268-3:2007, Soil quality — Leaching procedures for subsequent chemical and ecotoxicological

testing of soil and soil materials — Part 3: Up-flow percolation test

ISO/TS 21268-4, Soil quality — Leaching procedures for subsequent chemical and ecotoxicological testing of

soil and soil materials — Part 4: Influence of pH on leaching with initial acid/base addition

EN 12920, Characterization of waste — Methodology for the determination of the leaching behaviour of waste

under specificied conditions
© ISO 2008 – All rights reserved 1
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ISO 18772:2008(E)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
contaminants
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.

[ISO 11074:2005]
3.2
eluate

solution obtained after the laboratory leaching procedure of a soil in contact with a leachant

3.3
leachant
liquid used in a leaching test
3.4
leachate
liquid that has percolated through soil under field conditions
3.5
leaching

dissolution and movement of dissolved substances caused by the movement and quality (e.g. pH, ionic

strength) of water or other liquids in the soil

NOTE 1 In pedology, leaching is defined as the movement of dissolved substances caused by the movement of water

or other liquids in the soil.
NOTE 2 Adapted from ISO 11074:2005.
3.6
leaching behaviour

release and time change in release from the soil upon contact with a leachant as affected by the conditions

specified in the scenario, especially within the specified time frame
3.7
liquid to solid ratio
L/S

ratio between the total amount of liquid (L in litres), which in this extraction is in contact with the soil sample,

and the dry mass of the sample (S in kilograms of dry matter)
NOTE L/S is expressed in l/kg.
3.8
lysimeter

large-scale experiment set-up to simulate scenario-specific exposure conditions under more controlled

conditions than in full-scale field conditions
3.9
multiparametric test

test aimed at measuring the influence of interrelated specific parameters on the release from a soil in the

considered scenario
2 © ISO 2008 – All rights reserved
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ISO 18772:2008(E)
3.10
parametric test

test aimed at measuring an intrinsic property of a soil or to measure the influence of a specific parameter on

the release from a soil in the considered scenario

NOTE This does not exclude the fact that other parameters may be influenced at the same time.

3.11
percolation
transport of infiltration water through a layer of soil
3.12
release

emission of constituents from a soil which pass through the external surface of a soil mass as specified in the

considered scenario
3.13
scenario

case defined by a set of normal and exceptional conditions relevant to a particular disposal or utilisation

situation for soil for the determination of the leaching behaviour within a specified time frame

3.14
simulation test

test aimed at simulating the combined effect of various parameters on the release in the scenario under

consideration
3.15
soil material

material coming from soil and displaced and/or modified by human activity, including excavated soil, dredged

materials, manufactured soils, and treated soils and fill materials
[ISO 17402:— ]
3.16
source term
set of information characterising the release of constituents from soil
3.17
transfer term

set of information characterising the transfer of the source term through the soil and/or the groundwater

4 General approach
4.1 Aim of leaching tests

The aim of performing a leaching test is to determine the expected constituent concentrations in solution when

the leachant is placed in contact with a sample specimen under specified conditions. Many factors that

influence dissolution and subsequent release of organic and inorganic constituents from a soil can be

assessed through leaching tests.

Two main categories of leaching tests can be identified: static and dynamic tests. Among these categories, a

wide variety of test procedures is available in literature, depending on a limited set of test conditions (e.g. pH

of the leachant, liquid to solid ratio, contact time). The first question to emerge then is to know how to select

the appropriate leaching test. It shall be considered that this question can be reformulated in some situations

as how to select the appropriate set of leaching tests.
1) To be published.
© ISO 2008 – All rights reserved 3
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ISO 18772:2008(E)
4.2 How to choose leaching tests
4.2.1 For which purposes are leaching tests performed?

The first question is to determine whether leaching tests are performed to determine the leaching behaviour in

the framework of impact assessment, or for compliance and comparison purposes. In the first case, the

general approach to assess the leaching behaviour of contaminants from soils can be relevantly derived from

the methodology described in EN 12920. The second case implies that background information to which

leaching test results are to be compared is available (e.g. regulation, variability study, treatment efficiency).

This general approach is illustrated in Figure 1.
Figure 1 — General approach for the selection of the type of leaching tests

The aim of Table 1 is to allow easier identification of how to make the connection between the two cases of

approach (cases 1 and 2) and the situations that stakeholders face up to in terms of soil management

strategies.
4 © ISO 2008 – All rights reserved
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ISO 18772:2008(E)

Table 1 — Examples of management strategies and knowledge needed to fulfil the purpose

Management Related
Problem Description
strategy case

Impact Do the leaching properties of soil Case 1 No quality criteria are generally available that are

assessment, make it possible to comply with related directly to the leaching of organic compounds

including water quality criteria downstream from soil. However, quality criteria are available for

beneficial use/ of the site? groundwater and drinking water. In order to comply with

utilisation these criteria, the leaching properties of the soil shall be
determined and used as input for site-specific impact
assessment.

What is the present release of Case 1 The release of contaminants from the soil under

contaminants (snapshot) and what present conditions may be determined. The measured

is the impact on groundwater? release may be used to evaluate the present impact on

groundwater. This provides a first impression of the soil
properties with respect to leaching and whether the soil
is suitable for beneficial use/utilisation.

What is the maximal leachable Case 1 The maximal amount of contaminants that are available

amount of contaminant? for leaching may be determined according to a defined
time frame. For most soils (and other kinds of materials)
there is no correlation between the total solid content of
contaminants (either inorganic or hydrophobic for
organic ones) and the leachable amount.

How will the release of contami- Case 1 In risk assessment, it may be valuable to know if

nants change with time? leaching from the source term is almost constant for a
longer period or if it decreases within a shorter time
period. The leachate or eluate quality may be estimated
as a function of time.

May the release of contaminant Case 1 It shall be identified if there is a risk that the

change significantly due to exter- environment may influence the properties of the soil

nal influence over time? (e.g. pH changes) and whether the consequences of
these changes with respect to leaching of contaminants
from the soil should be known.

Disposal, or Do the leaching properties comply Case 2 Leaching-based acceptance criteria generally only

beneficial use/ with leaching-based regulatory concerned inorganic compounds. Soils for disposal or

utilisation criteria or with an available beneficial use/utilisation containing organic compounds

variability frame of leaching are still evaluated based on the total solid content.

characteristics?

Treatment Does this treatment process Case 2 Leaching properties may be determined for a given soil

change the leaching properties of before and after a treatment in order to determine the

the soil so that leaching criteria for ability of this treatment to make the soil comply with

disposal are fulfilled? acceptance criteria in disposal or beneficial
use/utilisation.

Does this treatment process Case 1 Leaching properties may be determined for a given

change the leaching properties? material before and after treatment of the soil in order to

evaluate if the treatment process is effective with
respect to reducing the release of contaminants.

Is it possible to improve the Case 1 By knowing the processes that control the release of

environmental properties of this contaminants from the soil, it may be possible to design

soil with respect to the release of or optimise the effective treatment processes.

contaminant by leaching?

Agricultural To what extent will the added Case 1 Leaching the soil sample after the addition of fertiliser

practices fertilisers or soil improvers be or soil improver will provide information for assessing

leached out of the soil? First the amount remaining in the soil after exposure in the

assessment field (it will help in defining whether a new treatment is
needed).

To what extent will the added Case 2 After having established a relationship between

fertilisers or soil improvers be laboratory testing and field exposure (see above),

leached out of the soil? Routine routine testing can be designed and performed.
testing
© ISO 2008 – All rights reserved 5
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ISO 18772:2008(E)
4.2.2 Hierarchy in testing

A hierarchy in test use is promoted, in which more realistic and sophisticated tests are used to determine the

leaching behaviour in the framework of impact assessment, whereas for quality control in soil processing or

quality variations within a specific source of soil or, more generally, for compliance verification, more simplified

tests are used.

The different kind of leaching tests can be gathered in three main categories, classified in ascending order of

representativity and complexity.
a) Compliance and quality control (QC) leaching tests

These tests can be used for an initial screening of the release of soil constituents to water (contact times

generally of one to a few days) or for checking compliance with respect to existing limit values or for the

intercomparison and classification of different types of soils. This kind of test does not cover, and hence

cannot allow, the assessment of the leaching behaviour of a soil in a given scenario. For typical

compliance and QC tests, see ISO/TS 21268-1 and ISO/TS 21268-2.
b) Basic characterisation

This type of test can provide the intrinsic properties of soils to be used in subsequent modelling of release

prediction.

⎯ Parametric tests. These tests are intended for measuring an intrinsic property of a material or the

effects (correlated) of specific parameters on release, on the basis of a contaminated material in an

envisaged scenario. ISO/TS 21268-4 describes a typical parametric test.

NOTE Diffusion coefficients, solubility or physical properties are examples of intrinsic properties of

materials.

Temperature, pH-value, liquid/solid ratio, redox potential, chemical properties or leaching-agent flow

rate are examples of specific parameters which influence the behaviour towards leaching.

⎯ Multiparametric tests. These tests are intended for measuring the combined effect of different

parameters on release in the relevant scenario. For a typical multiparametric leaching test, see

ISO/TS 21268-3.

For the first characterisation of a soil with these kinds of leaching tests, a direct use of test results, such

as multiplication by a factor to extrapolate from laboratory scale to field scale, is generally not possible.

c) Simulation tests

These tests are aimed at reproducing, as well as possible, the field conditions and/or conditions when

checking, on a large scale, the behaviour towards leaching predicted on the basis of the previous

parametric or multiparametric tests. Lysimetric tests (so-called lysimeters) or large-scale column tests are

examples of simulation tests.
Further information is given in 7.1.4.
6 © ISO 2008 – All rights reserved
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ISO 18772:2008(E)

4.3 Usefulness of leaching tests to understand and characterise different mechanisms

occurring in soil

Soils are made up of three distinct phases: the solid matrix itself, the liquid phase (sometimes including the

non-aqueous liquid phases) and the gaseous phase. Soil is also an ecosystem where biological activity takes

place. The behaviour of the soil constituents (inorganic constituents consisting of major, minor and trace

elements and organic constituents consisting of compounds of varying volatility and water solubility) within

these porous media is governed by very diverse mechanisms, among which can be cited:

a) mobilisation and release of constituents and their chemical or mineralogical form;

b) pattern of water circulation through the granular bed (convection, dispersion, preferential flow) which

regulates both the transfer and transport of constituents;

c) possible transport of dissolved constituents, especially constituents associated with organic carbon, and

substances bound to fine particles (e.g. colloids, clay particles) within the granular bed;

d) physico-chemical interactions of the liquid phase with the solid matrix (e.g. mineral oxides, organic

matter): adsorption/desorption, diffusion in stagnant water or other liquid or solid phases, diverse

physico-chemical reactions (precipitation/dissolution, complexing, acid/base neutralisation,

oxido-reduction, carbonation, ionic association/dissociation, etc.);

e) possible biological interactions (action of micro-organisms, mainly biodegradation or bioaccumulation).

The usefulness of leaching tests to the understanding and characterisation of the above mechanisms is

presented in Table 2 (in this table each mechanism is referenced by the letter of the above list).

Table 2 — Usefulness of leaching tests to understand and characterise
different mechanisms occurring in soil
Compliance and Simulation tests/
Mechanism Parametric tests Multiparametric tests
quality control tests lysimeters
a) x x x x
a a
b) — — x x
b c
c) — — x x
d) — x —
d c
e) — —
x x
With hydrodynamic characterisation, scenario information and modelling.
Without filtration device.

Previous information obtained with parametric and/or multiparametric tests, together with modelling, are needed to help in

interpreting results and in qualifying the mechanisms.

For example, by carrying out two tests in parallel, the first under biotic conditions and the second under abiotic conditions (all other

test conditions being equivalent), it is possible to determine the effect of biological activity on the release.

© ISO 2008 – All rights reserved 7
---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO 18772:2008(E)

5 Case 1: Application of leaching tests to determine the leaching behaviour of soil

in the framework of impact assessment
5.1 Presentation and description of the assessment methodology
5.1.1 General

These issues are addressed according to the following 7-step procedure. More detailed information related to

the methodology can be found in EN 12920.
⎯ Step 1: Definition of the problem and the solution sought
⎯ Step 2: Description of the scenario
⎯ Step 3: Description of the source
⎯ Step 4: Determination of the influence of parameters on leaching behaviour
⎯ Step 5: Modelling of the leaching behaviour
⎯ Step 6: Behavioural model validation
⎯ Step 7: Conclusions

In that case, more than one test is needed to predict the release from soil under field conditions within a

certain time frame. The outcome of this assessment is a source description in terms of release, as a function

of time and external influences, for a given scenario.
5.1.2 Step 1: Definition of the problem and the solution sought

This step consists of describing what kind of soil is under study, what is the framework of the assessment (e.g.

regulation requirements) and what is the question to be answered (e.g. release of organic contaminants within

a certain time frame of a soil located in a contaminated site and for which the exposure conditions are well

known). In this step, the time scale, expected results and constituents under investigation shall be defined.

Examples of questions to be answered are given in Table 1.
5.1.3 Step 2: Description of the scenario
5.1.3.1 General
This step consists of the description of the following:

⎯ usual and exceptional exposure conditions of the soil in the studied scenario which may influence

properties (e.g. release) within the chosen time frame;

⎯ identification and relevance of the main influencing factors (and their related parameters) (e.g. rain and

infiltration rate into the soil).
8 © ISO 2008 – All rights reserved
---------------------- Page: 13 ----------------------
ISO 187
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 18772
Première édition
2008-02-15
Qualité du sol — Lignes directrices
relatives aux modes opératoires de
lixiviation en vue d'essais chimiques et
écotoxicologiques ultérieurs des sols et
matériaux du sol
Soil quality — Guidance on leaching procedures for subsequent
chemical and ecotoxicological testing of soils and soil materials
Numéro de référence
ISO 18772:2008(F)
ISO 2008
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 18772:2008(F)
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Publié en Suisse
ii © ISO 2008 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 18772:2008(F)
Sommaire Page

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

Introduction ........................................................................................................................................................ v

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

2 Références normatives ........................................................................................................................ 1

3 Termes et définitions............................................................................................................................ 2

4 Approche générale ............................................................................................................................... 4

4.1 But des essais de lixiviation................................................................................................................ 4

4.2 Comment choisir les essais de lixiviation ......................................................................................... 4

4.3 Utilité des essais de lixiviation pour comprendre et caractériser les différents

mécanismes intervenant dans le sol .................................................................................................. 7

5 Cas 1: application d'essais de lixiviation pour déterminer le comportement à la lixiviation

d'un sol dans le cadre d'une évaluation d'impact ............................................................................. 8

5.1 Présentation et description de la méthode d'évaluation .................................................................. 8

6 Cas 2: essais de conformité et de comparaison ............................................................................. 14

7 Description des méthodes d'essai.................................................................................................... 14

7.1 Méthodes de laboratoire pour les essais de caractérisation de base et de

conformité/contrôle qualité ............................................................................................................... 14

7.2 Colonnes à grande échelle et lysimètre ........................................................................................... 26

8 Exemple: utilisation des résultats des essais de lixiviation pour évaluer l'impact du sol

sur les eaux souterraines .................................................................................................................. 28

8.1 Généralités .......................................................................................................................................... 28

8.2 Utilisation de la détermination du comportement à la lixiviation dans l'évaluation

ultérieure du transfert et de l'impact................................................................................................. 28

Annexe A (informative) Représentation schématique d'un site contaminé

avec les cibles pertinentes ................................................................................................................ 30

Annexe B (informative) Comparaison à différentes échelles d'essai (en laboratoire, en lysimètre et

à échelle réelle) ................................................................................................................................... 32

Bibliographie .................................................................................................................................................... 35

© ISO 2008 – Tous droits réservés iii
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ISO 18772:2008(F)
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 (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.

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

Partie 2.

La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. 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 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.

L'ISO 18772 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 190, Qualité du sol, sous-comité SC 7, Évaluation

des sols et des sites.
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ISO 18772:2008(F)
Introduction

La gestion actuelle des sols et des matériaux du sol (pratiques d'évaluation des risques ou réglementation)

repose souvent uniquement sur la quantité totale de contaminants dans le sol. La composition totale n'est

toutefois pas adaptée pour évaluer plusieurs types d'impacts, comme les impacts sur le sol, les eaux

souterraines et les eaux superficielles dus à la lixiviation et au transport des contaminants qui s'ensuit

(contaminants inorganiques, organiques et radionucléides naturels) avec l'eau. De fait, une fraction

significative de la teneur totale en de nombreux constituants est en grande partie non lixiviable, c'est-à-dire

qu'elle n'est pas mobilisée au contact d'un liquide.

Ainsi, un aspect clé de l'évaluation des solutions de gestion possibles pour les sols et les matériaux du sol par

rapport à la présence de contaminants est leur relargage dans la phase aqueuse. Pour cela, il est possible de

procéder à des essais de lixiviation visant à caractériser le terme source lors d'une évaluation d'impact et à

déterminer la quantité de contaminants lixiviée lors d'un contrôle de conformité vis-à-vis de limites existantes,

ou à des fins de comparaison (contrôle qualité et efficacité du traitement, par exemple).

Ces informations concernent les sols naturels, contaminés et agricoles, et aussi les matériaux du sol.

Les essais de lixiviation et, en particulier, ceux développés pour les sols et les matériaux du sol sont

appropriés pour les applications suivantes.

a) Application des essais de lixiviation dans le but de déterminer le comportement à la lixiviation dans le

cadre d'une évaluation d'impact.

Une évaluation d'impact est généralement basée sur le schéma source/voie de transfert/récepteur.

⎯ Source: évaluer le relargage, identifier la spéciation des constituants et les mécanismes de rétention.

⎯ Récepteur: déterminer les cibles potentielles.

⎯ Voie de transfert: estimer le transfert depuis la source vers la cible (par exemple eaux souterraines, eaux

superficielles, plantes, organismes du sol, écosystèmes).

Au cours de ce processus, les essais de lixiviation servent à caractériser le terme source (essais dits de

caractérisation) suivant un scénario donné (contamination des eaux souterraines par un site pollué ou un sol

sur lequel des boues ont été épandues, par exemple), lequel peut être générique ou spécifique à un site.

Les essais de lixiviation peuvent également être un outil d'évaluation de la biodisponibilité (voir l'ISO 17402).

b) Application des essais de lixiviation à des fins de conformité ou de comparaison.

À partir d'informations contextuelles sur le sol et les matériaux du sol échantillonnés (par exemple origine,

nature des constituants et des contaminants, informations documentées existantes, comportement à la

lixiviation), il est possible de réaliser des essais de lixiviation relativement simples et rapides à des fins de

conformité ou de comparaison. Contrairement aux essais de caractérisation, ce type d'essais n'a pas pour but

de fournir des informations sur les mécanismes de lixiviation et les facteurs les contrôlant. Il devrait cependant

être possible de lier les informations obtenues lors d'essais de conformité aux essais de caractérisation, plus

élaborés.
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NORME INTERNATIONALE ISO 18772:2008(F)
Qualité du sol — Lignes directrices relatives aux modes
opératoires de lixiviation en vue d'essais chimiques et
écotoxicologiques ultérieurs des sols et matériaux du sol
1 Domaine d'application

La présente Norme internationale donne des indications sur l'utilisation appropriée des essais de lixiviation

appliqués à des sols et des matériaux du sol afin de déterminer le comportement à la lixiviation dans le cadre

d'une évaluation d'impact ou à des fins de conformité ou de comparaison. Il donne notamment des

informations concernant ce qui suit:

⎯ le choix des essais de lixiviation en fonction de la nature du problème à résoudre et des caractéristiques

propres aux différents essais;
⎯ l'interprétation des résultats d'essai;
⎯ les limites des essais.

À cet effet, il est important d'être conscient que les essais de lixiviation n'ont pas pour but de simuler des

conditions réelles sur site, mais qu'ils sont conçus pour étudier le contact entre une phase solide et une phase

liquide, et ce à différentes fins décrites dans la présente Norme internationale.

La présente Norme internationale concerne uniquement les sols naturels, contaminés et agricoles, et les

matériaux du sol. Les questions relatives à la lixiviation des déchets ne sont pas traitées par la présente

Norme internationale. Elle ne concerne pas non plus la biodisponibilité des contaminants pour les organismes

vivants, ce sujet étant traité par l'ISO 17402.

Les essais de lixiviation sont conçus et utilisés pour caractériser le terme source. Il peut être possible de

traiter les aspects relatifs au transport au moyen d'essais de lixiviation si certaines exigences fondamentales

sont connues (hydrodynamiques par exemple) et permettent de ce fait de déterminer des paramètres de

transport clés (facteurs retardants, transport facilité par les particules, processus d'atténuation par exemple).

Lorsque le terme «sol» est utilisé seul à titre de simplification dans la présente Norme internationale, il doit

être compris au sens plus large de «sol et matériau du sol».
2 Références normatives

Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application 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/TS 21268-1, Qualité du sol — Modes opératoires de lixiviation en vue d'essais chimiques et

écotoxicologiques ultérieurs des sols et matériaux du sol — Partie 1: Essai en bâchée avec un rapport

liquide/solide de 2 l/kg de matière sèche

ISO/TS 21268-2, Qualité du sol — Modes opératoires de lixiviation en vue d'essais chimiques et

écotoxicologiques ultérieurs des sols et matériaux du sol — Partie 2: Essai en bâchée avec un rapport

liquide/solide de 10 l/kg de matière sèche
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ISO 18772:2008(F)

ISO/TS 21268-3, Qualité du sol — Modes opératoires de lixiviation en vue d'essais chimiques et

écotoxicologiques ultérieurs des sols et matériaux du sol — Partie 3: Essai de percolation à écoulement

ascendant

ISO 21268-4, Qualité du sol — Modes opératoires de lixiviation en vue d'essais chimiques et

écotoxicologiques ultérieurs des sols et matériaux du sol — Partie 4: Essai de dépendance au pH avec ajout

initial d'acide/base

EN 12920, Caractérisation des déchets — Méthodologie pour la détermination du comportement à la

lixiviation d'un déchet dans des conditions spécifiées
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.

3.1
contaminants
substance ou agent présent(e) dans le sol du fait de l'activité humaine

NOTE La présente définition ne pose pas l'hypothèse de l'existence d'un danger dû à la présence du contaminant.

[ISO 11074:2005]
3.2
éluat

solution obtenue après la lixiviation en laboratoire d'un sol en contact avec un lixiviant

3.3
lixiviant
liquide utilisé lors d'un essai de lixiviation
3.4
lixiviat
liquide ayant percolé à travers un sol en situation réelle
3.5
lixiviation

dissolution et mouvement de substances dissoutes causés par le mouvement et la qualité (pH et force ionique,

par exemple) de l'eau ou d'autres liquides dans le sol

NOTE 1 En pédologie, la lixiviation est définie comme le mouvement de substances dissoutes causé par la percolation

de l'eau ou d'autres liquides dans le sol.
NOTE 2 Adapté de l'ISO 11074:2005.
3.6
comportement à la lixiviation

relargage et variation dans le temps du relargage à partir du sol lors du contact avec un lixiviant, en fonction

des conditions spécifiées dans le scénario, en particulier à l'horizon de temps spécifié

3.7
rapport liquide/solide
L/S

rapport entre la quantité totale de liquide (L, en litres), qui est en contact avec l'échantillon de sol au cours de

cette extraction, et la masse sèche de l'échantillon (S, en kilogrammes de matière sèche)

NOTE Le rapport L/S est exprimé en l/kg.
2 © ISO 2008 – Tous droits réservés
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ISO 18772:2008(F)
3.8
lysimètre

montage expérimental à grande échelle destiné à simuler des conditions d'exposition propres à un scénario,

dans des conditions plus contrôlées que dans des conditions sur site en vraie grandeur

3.9
essai multiparamétrique

essai dont le but est de mesurer l'influence de paramètres spécifiques interdépendants sur le relargage à

partir d'un sol, dans le cadre du scénario considéré
3.10
essai paramétrique

essai dont le but est de mesurer une propriété intrinsèque d'un sol, ou de mesurer l'influence d'un paramètre

spécifique sur le relargage à partir d'un sol, dans le cadre du scénario considéré

NOTE Cela n'exclut pas que d'autres paramètres puissent être influencés en même temps.

3.11
percolation
transport d'eau d'infiltration à travers une couche de sol
3.12
relargage

émission, à partir d'un sol, de constituants qui traversent la surface extérieure d'un sol, tel que spécifié dans le

cadre du scénario considéré
3.13
scénario

cas défini par un ensemble de conditions normales et exceptionnelles applicables à un mode d'élimination ou

à une utilisation de sol, pour la détermination du comportement à la lixiviation, à un horizon de temps spécifié

3.14
essai de simulation

essai visant à simuler l'effet combiné de différents paramètres sur le relargage, dans le cadre du scénario

considéré
3.15
matériau du sol

matériau provenant du sol et déplacé et/ou modifié par l'activité humaine, y compris les déblais, les résidus de

dragage, les sols synthétiques, les sols traités et les matériaux de remblayage
[ISO 17402:— ]
3.16
terme source

ensemble d'informations caractérisant le relargage de constituants à partir d'un sol

3.17
terme transfert

ensemble d'informations caractérisant le transfert du terme source à travers le sol et/ou les eaux souterraines

1) À publier.
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ISO 18772:2008(F)
4 Approche générale
4.1 But des essais de lixiviation

La réalisation d'un essai de lixiviation a pour but de déterminer les concentrations attendues des constituants

en solution lorsque le lixiviant est placé en contact avec un échantillon, dans des conditions spécifiques. De

nombreux facteurs influençant la dissolution et le relargage ultérieur de constituants organiques et

inorganiques à partir d'un sol peuvent être évalués au moyen d'essais de lixiviation.

Il est possible d'identifier deux catégories principales d'essais de lixiviation: les essais statiques et les essais

dynamiques. Des modes opératoires très variés sont donnés par la littérature pour ces catégories d'essais, en

fonction d'un ensemble limité de conditions d'essais (par exemple le pH du lixiviant, le rapport liquide sur

solide, le temps de contact). La première question qui se pose alors est celle du choix de l'essai de lixiviation

approprié. Dans certaines situations, cette question doit être reformulée et se poser en termes du choix de

l'ensemble approprié d'essais de lixiviation.
4.2 Comment choisir les essais de lixiviation
4.2.1 Quel est le but des essais de lixiviation?

La première question consiste à déterminer si les essais de lixiviation sont effectués pour déterminer le

comportement à la lixiviation dans le cadre d'une évaluation d'impact, ou à des fins de conformité ou de

comparaison. Dans le premier cas, l'approche générale pour évaluer le comportement à la lixiviation de

contaminants du sol peut être tirée de manière appropriée de la méthodologie décrite dans l'EN 12920. Le

second cas implique l'existence d'informations contextuelles auxquelles devront être comparés les résultats

des essais de lixiviation (par exemple réglementation, étude de variabilité, efficacité du traitement).

Cette approche générale est illustrée à la Figure 1.
Figure 1 — Approche générale pour le choix du type d'essais de lixiviation
4 © ISO 2008 – Tous droits réservés
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ISO 18772:2008(F)

Le Tableau 1 a pour but d'aider à identifier plus facilement le moyen de faire le lien entre les deux cas de

figure d'approche (cas 1 et cas 2) et les situations auxquelles sont confrontées les parties prenantes en

matière de stratégies de gestion des sols.
Tableau 1 — Exemples de stratégies de gestion et connaissances nécessaires
Stratégie Cas
Problème Description
de gestion correspondant

Évaluation Les propriétés de lixiviation du sol Cas 1 Il n'existe généralement aucun critère de qualité

d'impact, y permettront-elles de se conformer directement lié à la lixiviation de composés

compris aux critères de qualité de l'eau en organiques d'un sol. Des critères de qualité sont

valorisation/ aval du site? cependant disponibles en ce qui concerne les eaux
utilisation souterraines et l'eau potable. Pour être conformes à
ces critères, les propriétés de lixiviation du sol
doivent être déterminées et utilisées comme
données pour une évaluation d'impact spécifique à
un site.

Quel est le relargage actuel de Cas 1 Le relargage de contaminants à partir du sol dans

contaminants («image instanta- les conditions actuelles peut être déterminé. Le

née») et quel en est l'impact sur relargage mesuré peut servir à évaluer l'impact

les eaux souterraines? actuel sur les eaux souterraines, ce qui fournit une
première impression des propriétés du sol en
matière de lixiviation et d'adéquation du sol à sa
valorisation/son utilisation.

Quelle est la quantité maximale de Cas 1 La quantité maximale de contaminants susceptibles

contaminants lixiviables? d'être lixiviés peut être déterminée conformément à
un horizon de temps défini. Pour la plupart des sols
(et autres types de matériaux), il n'existe pas de
corrélation entre la teneur totale en solides des
contaminants (inorganiques ou, s'ils sont orga-
niques, hydrophobes) et la quantité qui peut être
lixiviée.

Quelle sera l'évolution dans le Cas 1 Dans le cadre d'une évaluation des risques, il peut

temps du relargage des contami- être utile de savoir si la lixiviation du terme source

nants? est sensiblement constante pendant une longue
période, ou si elle diminue au cours d'une période
plus réduite. La qualité du lixiviat ou de l'éluat peut
être estimée en fonction du temps.
Le relargage des contaminants Cas 1 Il faut identifier s'il existe un risque que

peut-il changer de manière signifi- l'environnement influence les propriétés du sol

cative dans le temps sous l'effet (changements de pH, par exemple), et s'il convient

d'une influence extérieure? de connaître les conséquences de ces chan-
gements sur la lixiviation des contaminants du sol.

Élimination Les propriétés de lixiviation sont- Cas 2 Les critères d'acceptation basés sur la lixiviation ne

ou elles conformes aux critères concernaient généralement que les composés

valorisation/ réglementaires en la matière ou à inorganiques. Les sols à mettre au rebut ou à

utilisation un cadre existant de variabilité de valoriser/utiliser contenant des composés orga-

ces propriétés? niques continuent d'être évalués sur la base de la
teneur totale en solides.
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ISO 18772:2008(F)
Tableau 1 (suite)
Stratégie Cas
Problème Description
de gestion correspondant

Traitement Le procédé de traitement modifie- Cas 2 Les propriétés de lixiviation peuvent être

t-il les propriétés de lixiviation du déterminées pour un sol donné avant et après

sol de manière à respecter les traitement afin de déterminer la capacité du

critères de lixiviation dans le cadre traitement considéré à rendre le sol conforme aux

d'une élimination? critères d'acceptation pour une élimination ou une
valorisation/utilisation.

Le procédé de traitement modifie- Cas 1 Les propriétés de lixiviation peuvent être

t-il les propriétés de lixiviation? déterminées pour un matériau donné avant et
après traitement du sol afin d'évaluer si le procédé
de traitement réduit efficacement le relargage de
contaminants.

Est-il possible d'améliorer les Cas 1 La connaissance des processus qui contrôlent le

propriétés environnementales du relargage des contaminants du sol peut permettre
sol considéré, quant au relargage de concevoir ou d'optimiser les procédés de
de contaminants par lixiviation? traitement efficaces.

Pratiques Dans quelle mesure les intrants Cas 1 La lixiviation de l'échantillon de sol après addition

agricoles tels que les engrais ou les d'engrais ou d'amendements fournira des
amendements vont-ils être lixiviés informations permettant d'évaluer la quantité
du sol? Première évaluation restante dans le sol après exposition en situation
(cela aidera à déterminer si un nouveau traitement
est nécessaire).

Dans quelle mesure les intrants Cas 2 Une fois la relation établie entre les essais en

tels que les engrais ou les laboratoire et les conditions réelles (voir ci-dessus),

amendements vont-ils être lixiviés des essais de routine peuvent être conçus et
du sol? Essais de routine réalisés.
4.2.2 Hiérarchie des essais

Il est conseillé de procéder aux essais suivant une hiérarchie, selon laquelle des essais plus réalistes et

sophistiqués sont utilisés pour déterminer le comportement à la lixiviation dans le cadre d'une évaluation

d'impact, tandis que des essais plus simplifiés sont utilisés pour le contrôle qualité lors du traitement des sols,

pour le suivi des variations de qualité d'une source de sol spécifique ou, plus généralement, à des fins de

vérification de conformité.

Les différents types d'essais de lixiviation peuvent être rassemblés en trois catégories principales, classées

par ordre croissant de représentativité et de complexité.

a) Essais de lixiviation pour vérification de conformité ou contrôle qualité (CQ)

Ces essais peuvent être utilisés pour effectuer une estimation initiale du relargage dans l'eau des

constituants du sol (le temps de contact variant habituellement de un à plusieurs jours), pour vérifier la

conformité à des valeurs limites existantes ou comparer entre eux et classer différents types de sol. Ce

type d'essai ne couvre pas et, par conséquent, ne permet pas d'évaluer le comportement à la lixiviation

d'un sol dans un scénario donné. Pour obtenir des informations sur des essais type de conformité et de

CQ, consulter l'ISO/TS 21268-1 et l'ISO/TS 21268-2.
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ISO 18772:2008(F)
b) Caractérisation de base

Ce type d'essais peut donner accès aux propriétés intrinsèques des sols, utilisées par la suite pour la

modélisation prédictive du relargage.

⎯ Essais paramétriques. Ces essais ont pour but de mesurer une propriété intrinsèque d'un matériau

ou les effets (corrélés) de paramètres spécifiques sur le relargage, en se basant sur un matériau

contaminé dans le cadre d'un scénario envisagé. L'ISO/TS 21268-4 décrit un essai paramétrique

type.

NOTE Les coefficients de diffusion, la solubilité ou les propriétés physiques sont des exemples de propriétés

intrinsèques des matériaux.

La température, le pH, le rapport liquide/solide, le potentiel rédox, les propriétés chimiques ou le

débit d'agent lixiviant sont des exemples de paramètres spécifiques influençant le comportement vis-

à-vis de la lixiviation.

⎯ Essais multiparamétriques. Ces essais ont pour but de mesurer l'effet combiné de différents

paramètres sur le relargage, dans le cadre du scénario considéré. Pour un essai multiparamétrique

type, consulter l'ISO/TS 21268-3.

Pour la première caractérisation d'un sol au moyen de ces types d'essais de lixiviation, il n'est

généralement pas possible d'utiliser directement les résultats en les multipliant par exemple par un

facteur pour extrapoler de l'échelle du laboratoire à l'échelle réelle.
c) Essais de simulation

Ces essais visent à reproduire le plus parfaitement possible les conditions réelles et/ou les conditions

lorsqu'on vérifie, sur une grande échelle, le comportement vis-à-vis de la lixiviation, prédit à partir des

essais paramétriques ou multiparamétriques précédents. Les essais lysimétriques (également appelés

lysimètres) ou les essais en colonne à grande échelle sont des exemples d'essais de simulation.

De plus amples informations sont données en 7.1.4.

4.3 Utilité des essais de lixiviation pour comprendre et caractériser les différents

mécanismes intervenant dans le sol

Les sols sont constitués de trois phases distinctes: la matrice solide elle-même, la phase liquide (qui peut

parfois inclure des phases liquides non aqueuses) et la phase gazeuse. Le sol est également un écosystème

dans lequel se déroule une activité biologique. Le comportement des constituants du sol (constituants

inorganiques composés d'éléments majeurs, mineurs et d'éléments traces, et constituants organiques

comprenant des composés de solubilité dans l'eau et de volatilité diverses) au sein de ces milieux poreux est

gouverné par des mécanismes très variés, parmi lesquels:

a) la mobilisation et le relargage de constituants et leurs formes chimiques et minéralogiques;

b) le schéma de la circulation de l'eau à travers le lit granulaire (convection, dispersion, écoulement

préférentiel), qui régulera le transfert et le transport des constituants;

c) le transport possible des constituants dissous, spécialement des constituants associés à du carbone

organique, et des substances liées à des particules fines (colloïdes ou particules argileuses, par

exemple) à l'in
...

Questions, Comments and Discussion

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