ISO 14855-1:2005
(Main)Determination of the ultimate aerobic biodegradability of plastic materials under controlled composting conditions — Method by analysis of evolved carbon dioxide — Part 1: General method
Determination of the ultimate aerobic biodegradability of plastic materials under controlled composting conditions — Method by analysis of evolved carbon dioxide — Part 1: General method
ISO 14855-1:2005 specifies a method for the determination of the ultimate aerobic biodegradability of plastics, based on organic compounds, under controlled composting conditions by measurement of the amount of carbon dioxide evolved and the degree of disintegration of the plastic at the end of the test. This method is designed to simulate typical aerobic composting conditions for the organic fraction of solid mixed municipal waste. The test material is exposed to an inoculum which is derived from compost. The composting takes place in an environment wherein temperature, aeration and humidity are closely monitored and controlled. The test method is designed to yield the percentage conversion of the carbon in the test material to evolved carbon dioxide as well as the rate of conversion. Also specified is a variant of the method, using a mineral bed (vermiculite) inoculated with thermophilic microorganisms obtained from compost with a specific activation phase, instead of mature compost. This variant is designed to yield the percentage of carbon in the test substance converted to carbon dioxide and the rate of conversion.
Évaluation de la biodégradabilité aérobie ultime des matériaux plastiques dans des conditions contrôlées de compostage — Méthode par analyse du dioxyde de carbone libéré — Partie 1: Méthode générale
L'ISO 14855-1:2005 prescrit une méthode d'évaluation, d'une part, de la biodégradabilité aérobie ultime des plastiques à partir de composés organiques dans des conditions contrôlées de compostage, par mesurage du dioxyde de carbone libéré, et d'autre part, de leur désintégration à la fin de l'essai. La présente méthode est conçue pour se rapprocher des conditions de compostage aérobies caractéristiques de la fraction organique des déchets municipaux solides non triés. Le matériau d'essai est exposé dans le cadre d'un essai de laboratoire à un inoculum provenant d'un échantillon de compost. Le compostage aérobie a lieu dans un environnement où la température, l'aération et l'humidité, en particulier, sont étroitement contrôlées et maîtrisées. La méthode permet d'accéder au pourcentage et au taux de conversion du carbone contenu dans la substance à analyser, en dioxyde de carbone libéré. Elle spécifie également une variante de la méthode utilisant un lit minéral de vermiculite, ensemencé par des micro-organismes thermophiles obtenus à partir d'un compost à une phase d'activation spécifique, à la place d'un compost mature. Cette variante a pour objet de permettre d'obtenir un pourcentage et un taux de conversion du carbone de la substance d'essai en dioxyde de carbone dégagé.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 14855-1
First edition
2005-10-15
Determination of the ultimate aerobic
biodegradability of plastic materials
under controlled composting
conditions — Method by analysis of
evolved carbon dioxide —
Part 1:
General method
Évaluation de la biodégradabilité aérobie ultime des matériaux
plastiques dans des conditions contrôlées de compostage — Méthode
par analyse du dioxyde de carbone libéré —
Partie 1: Méthode générale
Reference number
ISO 14855-1:2005(E)
©
ISO 2005
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ISO 14855-1:2005(E)
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ISO 14855-1:2005(E)
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions. 2
4 Principle. 3
5 Test environment. 3
6 Reagents. 3
7 Apparatus . 4
8 Procedure . 5
9 Calculation and expression of results. 9
10 Validity of results. 10
11 Test report . 10
Annex A (informative) Principle of test system. 12
Annex B (informative) Examples of graphical representation of carbon dioxide evolution and
biodegradation curves . 13
Annex C (informative) Example of mass-loss determination . 15
Annex D (informative) Round-robin testing. 17
Annex E (informative) Examples of forms . 18
Bibliography . 21
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ISO 14855-1:2005(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 14855-1 was prepared by Technical Committee ISO/TC 61, Plastics, Subcommittee SC 5,
Physical-chemical properties.
It cancels and replaces ISO 14855:1999, the main aims of the revision being to combine the parent standard
with its amendment ISO 14855:1999/Amd.1:2004 and to renumber the standard as Part 1.
ISO 14855 consists of the following parts, under the general title Determination of the ultimate aerobic
biodegradability of plastic materials under controlled composting conditions — Method by analysis of evolved
carbon dioxide:
⎯ Part 1: General method
⎯ Part 2: Gravimetric measurement of carbon dioxide evolved in a laboratory-scale test [in preparation]
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ISO 14855-1:2005(E)
Introduction
The main method specified in this part of ISO 14855 uses a solid-phase respirometric test system based on
mature compost used as a solid bed, a source of nutrients, and an inoculum rich in thermophilic
microorganisms. Mature compost is a very heterogeneous and complex material. Therefore, it can be difficult
to quantify the residual polymeric material left in the bed at the end of the test, to detect possible
low-molecular-mass molecules released into the solid bed by the polymeric material during degradation, and
to assess the biomass. As a result, it can be difficult to perform a complete carbon balance. Another difficulty
which is sometimes encountered with mature compost is a “priming effect”: the organic matter present in large
amounts in the mature compost can undergo polymer-induced degradation, known as the “priming effect”,
which affects the measurement of the biodegradability.
To overcome these difficulties and to improve the reliability of the method, the mature compost can be
replaced by a solid mineral medium which is used as the composting bed, thus facilitating analyses. This
variant can be used to measure the biodegradation in terms of CO evolution, to quantify and analyse the
2
biomass and the residues of polymeric material left in the solid bed at the end of the test, and to perform a
complete carbon balance. Furthermore, the method is not sensibly affected by the priming effect and can,
therefore, be used to assess materials known to cause this problem with mature compost. The mineral bed
can also be subjected to an ecotoxicological analysis to verify the absence of any ecotoxic activity in the bed
after biodegradation.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 14855-1:2005(E)
Determination of the ultimate aerobic biodegradability of plastic
materials under controlled composting conditions — Method by
analysis of evolved carbon dioxide —
Part 1:
General method
WARNING — Sewage, activated sludge, soil and compost may contain potentially pathogenic
organisms. Therefore appropriate precautions should be taken when handling them. Toxic test
compounds and those whose properties are unknown should be handled with care.
1 Scope
This part of ISO 14855 specifies a method for the determination of the ultimate aerobic biodegradability of
plastics, based on organic compounds, under controlled composting conditions by measurement of the
amount of carbon dioxide evolved and the degree of disintegration of the plastic at the end of the test. This
method is designed to simulate typical aerobic composting conditions for the organic fraction of solid mixed
municipal waste. The test material is exposed to an inoculum which is derived from compost. The composting
takes place in an environment wherein temperature, aeration and humidity are closely monitored and
controlled. The test method is designed to yield the percentage conversion of the carbon in the test material to
evolved carbon dioxide as well as the rate of conversion.
Subclauses 8.6 and 8.7 specify a variant of the method, using a mineral bed (vermiculite) inoculated with
thermophilic microorganisms obtained from compost with a specific activation phase, instead of mature
compost. This variant is designed to yield the percentage of carbon in the test substance converted to carbon
dioxide and the rate of conversion.
The conditions described in this part of ISO 14855 may not always correspond to the optimum conditions for
the maximum degree of biodegradation to occur.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 5663:1984, Water quality — Determination of Kjeldahl nitrogen — Method after mineralization with
selenium
ISO 8245:1999, Water quality — Guidelines for the determination of total organic carbon (TOC) and dissolved
organic carbon (DOC)
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ISO 14855-1:2005(E)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
ultimate aerobic biodegradation
the breakdown of an organic compound by microorganisms in the presence of oxygen into carbon dioxide,
water and mineral salts of any other elements present (mineralization) plus new biomass
3.2
composting
an aerobic process designed to produce compost
NOTE Compost is an organic soil conditioner obtained by biodegradation of a mixture consisting principally of
vegetable residues, occasionally with other organic material, and having a limited mineral content.
3.3
disintegration
the physical breakdown of a material into very small fragments
3.4
total dry solids
the amount of solids obtained by taking a known volume of test material or compost and drying at about
105 °C to constant mass
3.5
volatile solids
the amount of solids obtained by subtracting the residue of a known volume of test material or compost after
incineration at about 550 °C from the total dry solids of the same sample
NOTE The volatile-solids content is an indication of the amount of organic matter present.
3.6
theoretical amount of evolved carbon dioxide
ThCO
2
the maximum theoretical amount of carbon dioxide evolved after completely oxidizing a chemical compound,
calculated from the molecular formula and expressed as milligrams of carbon dioxide evolved per milligram or
gram of test compound
3.7
lag phase
the time, measured in days, from the start of a test until adaptation and/or selection of the degrading
microorganisms is achieved and the degree of biodegradation of a chemical compound or organic matter has
increased to about 10 % of the maximum level of biodegradation
3.8
maximum level of biodegradation
the degree of biodegradation, measured in per cent, of a chemical compound or organic matter in a test,
above which no further biodegradation takes place during the test
3.9
biodegradation phase
the time, measured in days, from the end of the lag phase of a test until about 90 % of the maximum level of
biodegradation has been reached
3.10
plateau phase
the time, measured in days, from the end of the biodegradation phase until the end of a test
3.11
activated vermiculite
vermiculite colonized by an active microbial population during a preliminary growth phase
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ISO 14855-1:2005(E)
4 Principle
The test method determines the ultimate biodegradability and degree of disintegration of test material under
conditions simulating an intensive aerobic composting process. The inoculum used consists of stabilized,
mature compost derived, if possible, from composting the organic fraction of solid municipal waste.
The test material is mixed with the inoculum and introduced into a static composting vessel where it is
intensively composted under optimum oxygen, temperature and moisture conditions for a test period not
exceeding 6 months.
During the aerobic biodegradation of the test material, carbon dioxide, water, mineral salts and new microbial
cellular constituents (biomass) are the ultimate biodegradation products. The carbon dioxide produced is
continuously monitored, or measured at regular intervals, in test and blank vessels to determine the
cumulative carbon dioxide production. The percentage biodegradation is given by the ratio of the carbon
dioxide produced from the test material to the maximum theoretical amount of carbon dioxide that can be
produced from the test material. The maximum theoretical amount of carbon dioxide produced is calculated
from the measured total organic carbon (TOC) content. The percentage biodegradation does not include that
amount of carbon converted to new cell biomass which is not metabolized in turn to carbon dioxide during the
course of the test.
Additionally, the degree of disintegration of the test material is determined at the end of the test, and the loss
in mass of the test material may also be determined.
Vermiculite should be used instead of mature compost
a) whenever the determination of the degree of biodegradation is affected by a priming effect induced by the
test material
and/or
b) when performing a final carbon balance with biomass determination and retrieval of the residual test
material.
The vermiculite bed, being inorganic, substantially reduces the priming effect, thus improving the reliability of
the method. A further advantage of using vermiculite is the very small amount of carbon dioxide evolved in the
blank vessels (nearly zero), because of the low level of microbial activity. This permits low levels of
degradation activity to be evaluated precisely.
The mineralization rates obtained with the activated vermiculite are identical, or very similar, to those obtained
with mature compost, both in terms of the final degradation level and the degradation rate.
5 Test environment
Incubation shall be in the dark or in diffused light, in an enclosure or room maintained at a constant
temperature of 58 °C ± 2 °C and free from vapours inhibitory to microorganisms.
In special cases, e.g. when the melting point of the test material is low, another temperature may be chosen.
This temperature shall be kept constant during the test to within ± 2 °C. Any change in temperature shall be
justified and clearly indicated in the test report.
6 Reagents
6.1 TLC (thin-layer chromatography) grade cellulose
Use TLC (thin-layer chromatography) grade cellulose with a particle size of less than 20 µm as the
positive-control reference material.
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6.2 Vermiculite
Vermiculite is a clay mineral used for building purposes, known to be particularly suitable as a microbial carrier,
allowing survival and full activity of microbes. The composition of the native mineral, before heat treatment, is
Al O 10 %, MgO 30 %, CaO 5 %, SiO 50 % and combined H O 5 %. When the mineral is subjected to heat
2 3 2 2
treatment, it loses the combined water and expands, giving “expanded vermiculite”. Expanded vermiculite in
flake form shall be used. Expanded vermiculite has a large capacity for water storage, and a water content
comparable with that of mature compost can be obtained in the bed.
Vermiculite can be classified into three types, as follows:
3 3
“Concrete” type: apparent density 80 kg/m ± 16 kg/m (at the time the material is put into sacks); particle
size: 80 % between 12 mm and 4 mm, 2 % passing through a 0,5 mm sieve.
3 3
“Medium” type: apparent density 90 kg/m ± 16 kg/m ; particle size: 80 % between 6 mm and 1 mm, 2 %
passing through a 0,5 mm sieve.
3 3
“Fine” type: apparent density 100 kg/m ± 20 kg/m ; particle size: 80 % between 3 mm and 0,7 mm, 5 %
passing through a 0,5 mm sieve.
1)
For the purposes of this part of ISO 14855, the concrete type is used.
7 Apparatus
Ensure that all glassware is thoroughly cleaned and, in particular, free from organic or toxic matter.
7.1 Composting vessels: Glass flasks or bottles that allow an even gas purge in an upward direction.
A minimum volume of 2 litres is required to meet the requirements specified in 8.2 and 8.3. Depending on the
test material, a smaller volume may be used for screening purposes. If the loss in mass of the test material is
to be determined, weigh each composting vessel empty.
7.2 Air-supply system, capable of supplying each composting vessel with dry or water-saturated, if
required carbon-dioxide-free, air at a pre-set flow rate which shall be high enough to provide truly aerobic
conditions during the test (see example given in Annex A).
7.3 Apparatus for the determination of carbon dioxide, designed to determine carbon dioxide directly or
by complete absorption in a basic solution and determination of the dissolved inorganic carbon (DIC) (see
example given in Annex A). If the carbon dioxide in the exhaust air is measured directly, for example with a
continuous infrared analyser or a gas chromatograph, exact control or measurement of the air-flow rate is
required.
7.4 Gas-tight tubes, to connect the composting vessels with the air supply and the carbon dioxide
measurement system.
7.5 pH-meter.
7.6 Analytical equipment, for the determination of dry solids (at 105 °C), volatile solids (at 550 °C) and
total organic carbon (TOC), for elemental analysis of the test material and, if required, for the determination of
dissolved inorganic carbon (DIC).
1) A possible source of this type of vermiculite is BPB plc, Park House, 15 Bath Road, Slough SL1 3UF, UK
(www.bpb.com). This information is given for the convenience of users of this part of ISO 14855 and does not constitute
an endorsement by ISO of the source named.
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ISO 14855-1:2005(E)
7.7 Balance (optional), to measure the mass of test vessels containing compost and test material, which is
normally in the range between 3 kg and 5 kg.
7.8 Analytical equipment (optional), for the determination of oxygen in the air, moisture, volatile fatty acids
and total nitrogen (e.g. by the Kjeldahl method as specified in ISO 5663).
7.9 Bioreactors for activation of the vermiculite: Containers, with a volume between 5 l and 20 l, which
are not actively aerated. The containers shall be closed in such a way as to avoid excessive drying out of the
contents. Openings shall, however, be provided to allow gas exchange with the atmosphere and ensure
aerobic conditions throughout the activation phase.
An example of a suitable bioreactor is a box, made of polypropylene or another suitable material, having the
following dimensions: 30 cm × 20 cm × 10 cm (l, w, h). The box shall have a tightly fitting lid in order to avoid
excessive loss of water vapour. In the middle of the two 20-cm-wide sides, a hole 5 mm in diameter shall be
made at a height of about 6,5 cm from the bottom of the box. It is these two holes which allow gas exchange
between the atmosphere inside the box and the outside environment.
8 Procedure
8.1 Preparation of the inoculum
Well aerated compost from a properly operating aerobic composting plant shall be used as the inoculum. The
inoculum shall be homogeneous and free from large inert objects such as glass, stones or pieces of metal.
Remove them manually and then sieve the compost on a screen of about 0,5 cm to 1 cm.
NOTE 1 It is recommended that compost from a plant composting the organic fraction of solid municipal waste be used
in order to ensure sufficient diversity of microorganisms. The age of the compost should preferably be between 2 and 4
months. If such compost is not available, compost from plants treating garden or farmyard waste or mixtures of garden
waste and solid municipal waste may be used.
NOTE 2 It is recommended that compost with sufficient porosity be used to enable aerobic conditions to be maintained
as much as possible. Addition of structural material such as small wood particles or inert or poorly biodegradable material
may prevent the compost sticking together and clogging during the test.
Determine the total dry solids and the volatile-solids content of the inoculum. The total dry solids content shall
be between 50 % and 55 % of the wet solids and the volatile solids no more than about 15 % of the wet or
30 % of the dry solids. Adjust the water content, if necessary, before the compost is used by adding water or
gentle drying, e.g. by aerating the compost with dry air.
Prepare a mixture of 1 part of inoculum with 5 parts of deionized water. Mix by shaking and measure the pH
immediately. It shall be between 7,0 and 9,0.
NOTE 3 For further characterization of the inoculum, suitable parameters such as the content of total organic carbon,
total nitrogen or fatty acids can optionally be determined at the beginning and the end of the test.
Check the activity of the inoculum during the test by means of a biodegradable reference material (see
Clause 6) and by measuring the carbon dioxide evolution in the blank vessels. The reference material shall be
degraded by 70 % or more at the end of the test (see Clause 10). The inoculum in the blank shall produce
between 50 mg and 150 mg of carbon dioxide per gram of volatile solids over the first 10 days of the test (see
Clause 10). If the production of carbon dioxide is too high, stabilize the compost by aeration for several days
before using it in a new test. If the activity is too low, use another compost for the inoculum.
8.2 Preparation of test material and reference material
Determine the total organic carbon (TOC) of the test material and the reference material using e.g. ISO 8245
and report it, preferably, as grams of TOC per gram of total dry solids. Alternatively, provided the materials do
not contain inorganic carbon, it is possible to determine the carbon content by elemental analysis. The test
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ISO 14855-1:2005(E)
material shall have sufficient organic carbon to yield carbon dioxide in an amount suitable for the
determination. Normally, a minimum of 50 g of total dry solids containing 20 g of TOC is required per vessel.
If the loss in mass is to be determined, determine the total dry solids and volatile solids of the test material.
NOTE The loss in mass of the test material and reference material during the test can be determined, optionally, as
additional information. In the example given in Annex C, the volatile-solids content of the test material is determined at the
beginning of the test and compared with that at the end of the test.
Use test material in the form of granules, powder, film or simple shapes (e.g. dumb-bells). The maximum
surface area of any individual piece of test material shall be about 2 cm × 2 cm. If any pieces in the original
test material are larger, reduce them in size.
8.3 Start-up of the test
Set up at least the following numbers of composting vessels (7.1):
a) three vessels for the test material;
b) three vessels for the reference material;
c) three vessels for the blank.
The amount of test mixture, containing inoculum and test material, used in the test will depend on the quality
of the test material (see 8.2) and the size of the composting vessels. The ratio of the dry mass of the inoculum
to the dry mass of the test material shall be about 6:1. Be sure that the same amount of compost is in each
vessel. Inert material, if added (see note 2 to 8.1), is not considered in this relationship. Fill about
three-quarters of the volume of the composting vessel with the test mixture. Leave sufficient headspace to
allow manual shaking of the test mixture.
In a typical case, prepare composting vessels which have a volume of about 3 litres, weigh out an amount of
inoculum containing 600 g of total dry solids and an amount of test material containing 100 g of dry solids and
mix well. The test mixture shall have the same water content (about 50 %) as the inoculum (see 8.1). It should
feel somewhat sticky and have some free water available when gently pressed by hand. Adjust the moisture
content of the mixture, if required, by adding water or by aerating with dry air. Introduce the mixture into the
composting vessels.
NOTE 1 It is recommended that the ratio between organic carbon and nitrogen (C/N ratio) of the test mixture is
optimized so as to ensure a good composting process. The C/N ratio for the test mixture should preferably be between 10
and 40. It may be adjusted with urea, if necessary. The organic-carbon content can be calculated from the TOC of the
inoculum and the test material. The total nitrogen content can be measured in a representative sample of the test mixture,
e.g. by using the Kjeldahl method as specified in ISO 5663.
Place the composting vessels in the test environment at 58 °C ± 2 °C (see Clause 5) and initiate aeration
using water-saturated, carbon-dioxide-free air. This can be produced by passing the air through wash-bottles
filled with sodium hydroxide solution (see Annex A).
NOTE 2 Normal air, rather than carbon-dioxide-free air, can be used if the carbon dioxide concentration in the exhaust
air is directly measured. In this case, measurement of the carbon dioxide concentration at the inlet and outlet of each test
vessel is recommended. For correction, subtract the inlet concentration from the outlet concentration (which will be much
higher).
Use a sufficiently high flow rate to ensure that aerobic conditions are maintained during the test throughout
each composting vessel. Check the air flow regularly at each outlet, e.g. by using wash-bottles, to ensure that
there are no leaks in any part of the system.
NOTE 3 Regular measurement of the oxygen concentration in the exhaust air from the composting vessels will help
maintain aerobic conditions. If this is done, the oxygen concentration should not be allowed to drop below about 6 %.
Oxygen levels should be closely monitored during the first week, e.g. by measuring at least twice daily. Afterwards, the
measurement frequency can be reduced. Adjust air flow rates as needed.
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ISO 14855-1:2005(E)
Handle the reference material in the same way as the test material. The vessels for the blank contain only
inoculum. It shall have the same amount of total dry solids as the vessels with test material.
8.4 Incubation period
Measure the amount of carbon dioxide evolved from the exhaust air of each composting vessel at
intermediate time intervals directly using a gas chromatograph, a TOC or an infrared analyser or, alternatively,
measure the cumulative carbon dioxide evolved as dissolved inorganic carbon (DIC) after absorption in
sodium hydroxide solution using e.g. ISO 8245 (see Annex A). The frequency of measurement will depend on
the measurement method used, the desired precision of the biodegradation curve and the biodegradability of
the test mixture. If direct measurement is used, measure the carbon dioxide evolved at least twice per day at
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 14855-1
Première édition
2005-10-15
Évaluation de la biodégradabilité aérobie
ultime des matériaux plastiques dans des
conditions contrôlées de compostage —
Méthode par analyse du dioxyde de
carbone libéré —
Partie 1:
Méthode générale
Determination of the ultimate aerobic biodegradability of plastic
materials under controlled composting conditions — Method by analysis
of evolved carbon dioxide —
Part 1: General method
Numéro de référence
ISO 14855-1:2005(F)
©
ISO 2005
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ISO 14855-1:2005(F)
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ISO 14855-1:2005(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions. 2
4 Principe. 3
5 Environnement d'essai. 3
6 Réactifs . 4
7 Appareillage . 4
8 Mode opératoire . 5
9 Calcul et expression des résultats. 9
10 Validité des résultats. 11
11 Rapport d'essai . 11
Annexe A (informative) Principe de fonctionnement d'un système d'essai . 12
Annexe B (informative) Exemple de libération de dioxyde de carbone et de courbe de
biodégradation . 13
Annexe C (informative) Exemple de détermination des pertes de masse. 15
Annexe D (informative) Essai interlaboratoire . 17
Annexe E (informative) Exemple de fiches techniques. 18
Bibliographie . 21
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ISO 14855-1:2005(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 14855-1 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 61, Plastiques, sous-comité SC 5, Propriétés
physicochimiques.
Elle annule et remplace l'ISO 14855:1999, dont elle constitue une révision technique ayant pour but principal
l'incorporation de l'Amendement 1 (ISO 14855:1999/Amd.1:2004) et la renumérotation de la norme comme
Partie 1.
L'ISO 14855 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Évaluation de la
biodégradabilité aérobie ultime des matériaux plastiques dans des conditions contrôlées de compostage —
Méthode par analyse du dioxyde de carbone libéré:
⎯ Partie 1: Méthode générale
⎯ Partie 2: Mesurage gravimétrique du dioxyde de carbone libéré lors d'un essai de laboratoire [en
préparation]
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ISO 14855-1:2005(F)
Introduction
La méthode principale spécifiée dans la présente partie de l'ISO 14855 utilise un essai respirométrique en
phase solide d'un compost mature utilisé comme lit solide, source de nutriments, et d'un inoculum riche en
micro-organismes thermophiles. Le compost mature est une substance très hétérogène et complexe. Il peut
donc être difficile de quantifier le matériau polymère résiduel dans le lit à la fin de l'essai, afin de détecter
d'éventuelles molécules à faible masse moléculaire dégagées dans le lit solide par le matériau polymère
durant la dégradation, et d'évaluer la biomasse. En conséquence, il peut être difficile de réaliser un bilan
carbone complet. Une autre difficulté parfois rencontrée avec le compost mature est un «effet d'activation»: la
matière organique qui est présente en grandes quantités dans le compost mature peut subir une dégradation
induite par le polymère, connue sous le nom d'«effet d'activation», perturbant le mesurage de la
biodégradabilité.
Pour surmonter ces difficultés et améliorer la fiabilité de la méthode d'essai, le compost mature peut être
remplacé par un milieu minéral solide, qui est utilisé comme lit de compostage facilitant ainsi les analyses. La
méthode d'essai peut être appliquée pour mesurer la biodégradation par le CO libéré, pour quantifier et
2
analyser la biomasse et les résidus de matériau polymère subsistant dans le lit solide à l'issue de l'essai, et
réaliser un bilan carbone complet. En outre, la méthode d'essai n'est pas sensiblement affectée par l'effet
d'activation et peut, par conséquent, être utilisée pour mettre à l'essai des substances d'essai qui sont
réputées causer ce problème avec le compost mature. Le lit minéral peut aussi être soumis à une analyse
écotoxicologique afin de vérifier l'absence d'activité écotoxique dans le lit après biodégradation.
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NORME INTERNATIONALE ISO 14855-1:2005(F)
Évaluation de la biodégradabilité aérobie ultime des matériaux
plastiques dans des conditions contrôlées de compostage —
Méthode par analyse du dioxyde de carbone libéré —
Partie 1:
Méthode générale
AVERTISSEMENT — Les eaux usées, les boues activées et les matières en suspension dans le sol et
le compost peuvent contenir des organismes potentiellement pathogènes. Il convient donc de les
manipuler avec les précautions appropriées, de même que les composés à analyser toxiques ou dont
les propriétés ne sont pas connues.
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 14855 prescrit une méthode d'évaluation, d'une part, de la biodégradabilité
aérobie ultime des plastiques à partir de composés organiques dans des conditions contrôlées de
compostage, par mesurage du dioxyde de carbone libéré, et d'autre part, de leur désintégration à la fin de
l'essai. La présente méthode est conçue pour se rapprocher des conditions de compostage aérobies
caractéristiques de la fraction organique des déchets municipaux solides non triés. Le matériau d'essai est
exposé dans le cadre d'un essai de laboratoire à un inoculum provenant d'un échantillon de compost. Le
compostage aérobie a lieu dans un environnement où la température, l'aération et l'humidité, en particulier,
sont étroitement contrôlées et maîtrisées. La méthode permet d'accéder au pourcentage et au taux de
conversion du carbone contenu dans la substance à analyser, en dioxyde de carbone libéré.
Les paragraphes 8.6 et 8.7 spécifient une variante de la méthode utilisant un lit minéral de vermiculite,
ensemencé par des micro-organismes thermophiles obtenus à partir d'un compost à une phase d'activation
spécifique, à la place d'un compost mature. Cette variante a pour objet de permettre d'obtenir un pourcentage
et un taux de conversion du carbone de la substance d'essai en dioxyde de carbone dégagé.
Les conditions utilisées dans la présente partie de l'ISO 14855 ne correspondent pas nécessairement aux
conditions optimales permettant d'obtenir le taux maximal de biodégradation.
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 5663:1984, Qualité de l'eau — Dosage de l'azote Kjeldahl — Méthode après minéralisation au sélénium
ISO 8245:1999, Qualité de l'eau — Lignes directrices pour le dosage du carbone organique total (COT) et du
carbone organique dissous (COD)
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3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
biodégradation aérobie ultime
décomposition d'un composé chimique organique par des micro-organismes en présence d'oxygène, en
dioxyde de carbone, eau et sels minéraux de tous les autres éléments présents (minéralisation) et en une
nouvelle biomasse
3.2
compostage
procédé aérobie destiné à produire du compost
NOTE Le compost est un conditionneur organique du sol obtenu par biodégradation d'un mélange principalement
constitué de divers résidus végétaux éventuellement associés à un autre matériau organique, et ayant une teneur en
minéraux limitée.
3.3
désintégration
cassure physique d'un matériau en très petits fragments
3.4
matières sèches totales
quantité de solides obtenue par prélèvement d'un volume connu de matériau d'essai ou de compost, et
séchage à environ 105 °C jusqu'à l'obtention d'une masse constante
3.5
solides volatils
quantité de solides obtenue par soustraction des résidus d'un volume connu de matériau d'essai ou de
compost après incinération à environ 550 °C, de la teneur en matières sèches totales du même échantillon
NOTE La teneur en solides volatils est symptomatique de la teneur en matière organique.
3.6
teneur théorique de dioxyde de carbone libéré
ThCO
2
teneur théorique maximale en dioxyde de carbone libéré après oxydation complète d'un composé chimique,
calculée d'après la formule moléculaire, exprimée en milligrammes de dioxyde de carbone libéré par
milligramme ou gramme de composé à analyser
3.7
phase de latence
durée, mesurée en jours, écoulée à partir du début de l'essai jusqu'à l'obtention de l'adaptation et/ou de la
sélection des micro-organismes qui provoquent la dégradation, et jusqu'à ce que le taux de biodégradation du
composé chimique ou de la matière organique ait atteint environ 10 % du niveau maximal de biodégradation
3.8
niveau maximal de biodégradation
degré de biodégradation, mesuré en pourcentage, d'un composé chimique ou d'un matériau organique lors
d'un essai, au-dessus duquel la biodégradation ne se poursuit pas
3.9
phase de biodégradation
durée, mesurée en jours, depuis la fin de la phase de latence de l'essai jusqu'à ce que l'on ait obtenu environ
90 % du niveau maximal de biodégradation
3.10
phase stationnaire
durée, mesurée en jours, écoulée entre la fin de la phase de biodégradation et la fin de l'essai
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3.11
vermiculite activée
vermiculite colonisée par une population microbienne active durant une phase de croissance préliminaire
4 Principe
La méthode d'essai permet de déterminer la biodégradabilité ultime et la désintégration d'un matériau d'essai
dans des conditions simulant un processus de compostage aérobie intensif. L'inoculum est un compost
stabilisé et mature, obtenu si possible à partir du compostage de la fraction organique des déchets
municipaux solides.
Le matériau d'essai est mélangé à l'inoculum et introduit dans un récipient de compostage statique où il est
transformé en compost dans des conditions optimales du point de vue de l'oxygène présent, de la
température et de l'humidité, pendant une durée d'essai ne dépassant pas 6 mois.
Pendant la biodégradation aérobie du matériau d'essai, les produits de la biodégradation ultime sont le
dioxyde de carbone, l'eau, des sels minéraux et de nouveaux constituants cellulaires microbiens (biomasse).
Le dioxyde de carbone produit est contrôlé en continu ou mesuré à intervalles réguliers dans les récipients
d'essai et du blanc, puis intégré pour déterminer la production cumulée de dioxyde de carbone. Le
pourcentage de biodégradation s'obtient en comparant le dioxyde de carbone produit par le matériau d'essai à
la quantité maximale de dioxyde de carbone qui pourrait être obtenue à partir du matériau d'essai et qui est
calculée à partir du carbone organique total mesuré (COT). Ce pourcentage de biodégradation ne
comprendra pas la quantité de carbone convertie en nouvelle biomasse cellulaire qui n'a pas été métabolisée
en dioxyde de carbone au cours de l'essai.
En outre, on détermine la désintégration d'un matériau d'essai compact à la fin de l'essai, ainsi que la perte de
masse subie par le matériau d'essai.
Il convient d'utiliser de la vermiculite à la place de compost mature
a) chaque fois que l'évaluation de la biodégradation est compromise par un effet d'activation induit par le
matériau d'essai
et/ou
b) pour réaliser un bilan final du carbone avec détermination de la biomasse et récupération des résidus du
matériau d'essai.
Du fait que la vermiculite est un lit inorganique, elle réduit substantiellement l'effet d'activation, améliorant la
fiabilité de la méthode d'essai. Un autre avantage de l'utilisation de la vermiculite est la très faible valeur du
dioxyde de carbone libéré dans les réacteurs à blanc de l'essai (proche de zéro), à cause de la faible activité
microbienne. C'est pourquoi des activités de dégradation faible peuvent aussi être évaluées avec exactitude.
Les taux de minéralisation obtenus avec la vermiculite activée sont identiques, ou très semblables, à ceux
obtenus avec le compost mature, à la fois au niveau de la dégradation finale et du taux de dégradation.
5 Environnement d'essai
L'incubation doit avoir lieu dans l'obscurité ou sous une lumière diffuse, dans une enceinte devant être
maintenue à une température constante de 58 °C ± 2 °C et exempte de vapeurs susceptibles d'inhiber les
micro-organismes.
Dans certains cas, par exemple lorsque le point de fusion du matériau d'essai est bas, il est possible de
retenir une autre température. La température en question doit être maintenue constante à 2 °C près, tout au
long de l'essai. Tout changement de température doit être justifié et clairement indiqué dans le rapport d'essai.
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6 Réactifs
6.1 Cellulose de qualité CCM (chromatographie sur couche mince)
Utiliser comme matériau de référence pour le témoin positif, de la cellulose de qualité CCM (pour
chromatographie sur couche mince) ayant une granulométrie inférieure à 20 µm.
6.2 Vermiculite
La vermiculite est un minéral argileux utilisé pour la construction, connu pour convenir particulièrement bien
en tant que support microbien autorisant la survie et l'activité complète des microbes. La composition du
minéral natif, avant traitement à chaud, est la suivante: Al O 10 %, MgO 30 %, CaO 5 %, SiO 50 % et H O
2 3 2 2
5 % combinée. Quand le minéral est soumis à un traitement thermique, il perd sa teneur en eau et se dilate,
pour se transformer en «vermiculite expansée». On doit utiliser de la vermiculite expansée sous forme de
flocons. La vermiculite expansée a une grande capacité de stockage de l'eau et une teneur en eau
comparable à celle du compost mature peut être obtenue dans ce lit minéral.
La vermiculite peut être classée en trois types comme suit:
3 3
Type «béton»: masse volumique apparente 80 kg/m ± 16 kg/m (au moment de la mise en sacs);
granulométrie: 80 % entre 12 mm et 4 mm, 2 % inférieure à 0,5 mm;
3 3
Type «moyen»: masse volumique apparente 90 kg/m ± 16 kg/m ; granulométrie: 80 % entre 6 mm et 1 mm,
2 % inférieure à 0,5 mm;
3 3
Type «fin»: masse volumique apparente 100 kg/m ± 20 kg/m ; granulométrie: 80 % entre 3 mm et 0,7 mm,
5 % inférieure à 0,5 mm.
1)
Pour les besoins de la présente partie de l'ISO 14855, le type béton est utilisé.
7 Appareillage
S'assurer que toute la verrerie de laboratoire a été soigneusement nettoyée et, en particulier, qu'elle est
exempte de toute trace de substances organiques ou toxiques.
7.1 Récipients de compostage: flacons ou fioles en verre, produisant un courant ascendant régulier de
gaz.
Un volume minimal de 2 litres est nécessaire pour satisfaire aux prescriptions de 8.2 et 8.3. Pour le tamisage,
selon le matériau d'essai employé, il est également possible d'utiliser un plus petit volume. Si l'on détermine
les pertes de masse subies par le matériau d'essai, peser chaque récipient de compostage à vide.
7.2 Système de production d'air, pouvant alimenter chaque récipient de compostage en air sec ou saturé
en eau, si nécessaire exempt de dioxyde de carbone, au débit prédéfini. Ce débit doit être suffisamment élevé
pour créer des conditions véritablement aérobies durant l'essai (voir l'exemple donné dans l'Annexe A).
7.3 Appareillage pour la détermination du dioxyde de carbone, permettant de déterminer à la fois le
dioxyde de carbone directement ou après absorption complète dans une solution basique, et le carbone
inorganique dissous (CID) (voir l'exemple donné dans l'Annexe A). Si l'air de sortie est mesuré directement,
par exemple, au moyen d'un analyseur continu à infrarouge ou d'un appareil de chromatographie en phase
gazeuse, un dosage ou mesurage exact du débit est nécessaire.
1) Ce type de vermiculite peut éventuellement être obtenu à l'adresse suivante: BPB plc, Park House, 15 Bath Road,
Slough SL1 3UF, UK (www.bpb.com). Cette information est donnée à l'intention des utilisateurs de la présente partie de
l'ISO 14855 et ne signifie nullement que l'ISO approuve ou recommande l'emploi exclusif du produit ainsi désigné.
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7.4 Tubes étanches aux gaz, pour raccorder les récipients de compostage au système de production d'air
et au dispositif de détermination du dioxyde de carbone.
7.5 pH-mètre.
7.6 Appareillage analytique, pour la détermination des matières sèches (à 105 °C), des solides volatils (à
550 °C), et du carbone organique total (COT), ou pour l'analyse élémentaire du matériau d'essai, si besoin est,
pour la détermination du carbone inorganique dissous (CID).
7.7 Balance (facultative), permettant de peser les récipients d'essai remplis de compost et de matériau
d'essai (masse normalement comprise entre 3 kg et 5 kg).
7.8 Appareillage analytique (facultatif), pour la détermination de l'oxygène dans l'air, de l'humidité, des
acides gras volatils et de l'azote total (par exemple, par la méthode de Kjeldahl selon l'ISO 5663).
7.9 Bioréacteurs pour l'activation de la vermiculite: Récipients de 5 l à 20 l de contenance, qui ne sont
pas activement aérés. Le récipient doit être fermé de façon à éviter tout dessèchement excessif du contenu.
Dans le même temps, des ouvertures doivent être assurées de façon à permettre les échanges gazeux et
assurer des conditions aérobies tout au long de la phase d'activation.
Un exemple de bioréacteur fait en polypropylène ou en un autre matériau adapté, ayant les dimensions
suivantes: 30 cm × 20 cm × 10 cm (long., larg., haut.). La boîte doit être fournie avec un couvercle assurant
une fermeture étanche afin d'éviter un dégagement excessif de vapeur. Au milieu des deux parois latérales de
20 cm de large, un trou de 5 mm de diamètre doit être pratiqué à une hauteur d'environ 6,5 cm du fond de la
boîte. Ces deux trous permettent l'échange gazeux entre l'atmosphère intérieure et l'environnement extérieur.
8 Mode opératoire
8.1 Préparation de l'inoculum
Utiliser comme inoculum du compost bien aéré provenant d'une installation de compostage aérobie
convenablement exploitée. L'inoculum de compost doit être homogène et exempt d'objets inertes de grandes
dimensions tels que verre, cailloux ou fragments de métal. Retirer ceux-ci à la main, puis tamiser le compost
sur un tamis d'environ 0,5 cm à 1 cm.
NOTE 1 Il est recommandé d'utiliser du compost provenant d'une installation de compostage de la fraction organique
des déchets municipaux solides, de façon à obtenir une gamme suffisante de micro-organismes. Il convient d'utiliser, de
préférence, un compost ayant entre 2 mois et 4 mois. Si l'on ne dispose pas de ce type de compost, on peut également
utiliser du compost provenant d'installations qui traitent des déchets végétaux ou des mélanges de déchets végétaux et de
déchets municipaux solides.
NOTE 2 Il est recommandé d'utiliser du compost de porosité suffisante pour permettre l'obtention de conditions aussi
aérobies que possible. L'ajout d'éléments structuraux comme de petites particules de bois ou de la matière inerte
persistante ou faiblement biodégradable peut empêcher le compost de devenir collant ou de s'agglomérer au cours de
l'essai.
Déterminer la teneur en matières sèches totales et en solides volatils de l'inoculum de compost. La teneur en
matières sèches totales doit être comprise entre 50 % et 55 % des matières humides et que la teneur en
solides volatils représente plus d'environ 15 % des matières humides ou 30 % des matières sèches. Ajuster la
teneur en eau, si nécessaire, avant utilisation du compost en ajoutant de l'eau ou par un séchage modéré, en
aérant, par exemple, le compost avec de l'air sec.
Préparer un mélange d'une partie d'inoculum de compost avec cinq parties d'eau déminéralisée. Mélanger en
agitant et immédiatement mesurer le pH, qui doit être compris entre 7,0 et 9,0.
NOTE 3 Pour la caractérisation ultérieure de l'inoculum de compost, on peut éventuellement déterminer des
paramètres appropriés tels que la teneur en carbone organique total, en azote total ou en acides gras, au début et à la fin
de l'essai.
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ISO 14855-1:2005(F)
Vérifier l'activité de l'inoculum de compost pendant l'essai au moyen d'un matériau de référence
biodégradable (voir l'Article 6) et en mesurant l'évolution du dioxyde de carbone dans les récipients du blanc.
À la fin de l'essai, le matériau de référence doit être dégradé à plus de 70 % (voir l'Article 10). L'inoculum du
blanc doit produire entre 50 mg et 150 mg de dioxyde de carbone par gramme de solides volatils, pendant les
10 premiers jours de l'essai (voir l'Article 10). Si la production de dioxyde de carbone est trop élevée, stabiliser
le compost par aération pendant plusieurs jours avant de l'utiliser dans le cadre d'un nouvel essai. En
revanche, si l'activité est trop faible, utiliser un nouvel inoculum de compost.
8.2 Préparation du matériau d'essai et de la substance de référence
Déterminer la teneur en carbone organique total (COT) du matériau d'essai et du matériau de référence (en
utilisant, par exemple, l'ISO 8245) et l'exprimer, de préférence, en grammes de COT par gramme de matières
sèches totales. Une autre solution consiste à déterminer la teneur en carbone par une analyse élémentaire si
les matériaux ne contiennent pas de carbone inorganique. Le matériau d'essai doit contenir suffisamment de
carbone organique pour permettre l'obtention d'une quantité de dioxyde de carbone appropriée à la
détermination. Normalement, un minimum de 50 g de matières sèches totales contenant 20 g de COT est
nécessaire par récipient.
S'il est nécessaire de déterminer les pertes de masse, déterminer la teneur en matières sèches totales du
matériau d'essai, ainsi que la teneur en solides volatils.
NOTE Les pertes subies pendant l'essai par le matériau d'essai et le matériau de référence peuvent éventuellement
être déterminées à titre d'informations complémentaires. Dans l'exemple donné dans l'Annexe C, la teneur du matériau
d'essai en solides volatils est déterminée au début de l'essai et comparée à celle obtenue à la fin de l'essai.
Examiner le matériau d'essai sous forme de films, d'éprouvettes en forme d'haltères, de granulés ou de
poudres. Tout fragment individuel de matériau d'essai compact utilisé doit avoir une surface maximale
d'environ 2 cm × 2 cm. Si le matériau d'essai d'origine a une taille supérieure, réduire la taille des fragments.
8.3 Début de l'essai
Prévoir un nombre de récipients de compostage (7.1) tel que l'essai comprenne au moins
a) trois récipients pour le matériau d'essai;
b) trois récipients pour le matériau de référence;
c) trois récipients pour le blanc.
La quantité de mélange d'essai contenant l'inoculum de compost et le matériau d'essai, utilisée lors de l'essai,
dépend de la qualité du matériau d'essai (voir 8.2) et de la taille des récipients de compostage (voir 7.1). Le
rapport de la masse à sec de l'inoculum de compost et à celle du matériau d'essai doit être d'environ 6:1.
S'assurer que chaque récipient contient la même quantité de compost. Tout matériau inerte éventuellement
ajouté (voir la note 2 en 8.1) n'est pas pris en compte dans ce rapport. Remplir le récipient de compostage
avec le mélange d'essai jusqu'à environ les 3/4 de son volume de façon à laisser un espace de tête suffisant
pour pouvoir agiter manuellement le mélange d'essai.
En règle générale, préparer des récipients de compostage d'un volume d'environ 3 litres, peser 600 g de
matières sèches totales d'inoculum et 100 g de matières sèches de matériau d'essai, puis bien mélanger. Le
mélange d'essai doit avoir la même teneur en eau que l'inoculum, à savoir environ 50 % (voir 8.1). Le
mélange devrait être quelque peu collant et exsuder un peu d'eau quand on le comprime doucement à la
main. Ajuster la teneur en humidité du mélange, si nécessaire, par addition d'eau ou par aération avec de l'air
sec. Introduire le mélange dans les ré
...
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