Soil quality — Assessment of impact from soil contaminated with petroleum hydrocarbons

ISO 11504:2017 gives guidelines with regard to the choice of fractions and individual compounds when carrying out analysis for petroleum hydrocarbons in soils, soil materials and related materials, including sediments, for the purpose of assessing risks to human health, the environment and other possible receptors. Since many products based on petroleum hydrocarbons often contain substances that are not hydrocarbons, the recommendations also encompass such compounds where relevant. ISO 11504:2017 also includes relevant background information on which the recommendations are based together with guidance on the use of the fractions recommended in the assessment of risk. ISO 11504:2017 does not set criteria or guidelines for use as assessment criteria, since this is typically a national or regional regulatory issue. This document also does not include recommendations as to the specific model for the exposure assessment or the specific parameter values to be used; with respect to guidance on this matter, reference is made to ISO 15800.

Qualité du sol — Évaluation de l'impact du sol contaminé avec des hydrocarbures pétroliers

ISO 11504:2017 fournit des lignes directrices concernant le choix des fractions et des composés individuels lors de la réalisation d'une analyse des hydrocarbures pétroliers dans les sols, les matériaux constitutifs du sol et les matériaux connexes, y compris les sédiments, à des fins d'évaluation des risques pour la santé des personnes, l'environnement et d'autres récepteurs éventuels. Étant donné que de nombreux produits à base d'hydrocarbures pétroliers contiennent souvent des substances différentes des hydrocarbures, les recommandations englobent également ces composés, le cas échéant. ISO 11504:2017 comprend également des informations de base pertinentes sur lesquelles s'appuient les recommandations, ainsi que des lignes directrices relatives à l'utilisation des fractions recommandées dans l'évaluation du risque. ISO 11504:2017 ne fixe pas de critères ou de lignes directrices faisant office de critères d'évaluation puisque ceux-ci sont généralement du ressort des instances réglementaires nationales ou régionales. Le présent document n'inclut pas non plus de recommandations concernant le modèle spécifique d'évaluation de l'exposition ou les valeurs de paramètres spécifiques à utiliser. Concernant les lignes directrices relatives à ces questions, il est fait référence à l'ISO 15800.

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Publication Date
27-Aug-2017
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Due Date
02-Dec-2022
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ISO 11504:2017 - Soil quality -- Assessment of impact from soil contaminated with petroleum hydrocarbons
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ISO 11504:2017 - Qualité du sol -- Évaluation de l'impact du sol contaminé avec des hydrocarbures pétroliers
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 11504
Second edition
2017-08
Soil quality — Assessment of
impact from soil contaminated with
petroleum hydrocarbons
Qualité du sol — Évaluation de l’impact du sol contaminé avec des
hydrocarbures pétroliers
Reference number
ISO 11504:2017(E)
ISO 2017
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 11504:2017(E)
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© ISO 2017, Published in Switzerland

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ii © ISO 2017 – All rights reserved
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ISO 11504:2017(E)
Contents Page

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

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

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

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

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Principle ........................................................................................................................................................................................................................ 3

5 Relevant fractions and individual compounds ..................................................................................................................... 4

5.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 4

5.2 Fractions ....................................................................................................................................................................................................... 4

5.3 Individual compounds ...................................................................................................................................................................... 5

6 Petroleum hydrocarbons in soil ........................................................................................................................................................... 6

7 Exposure assessment of petroleum hydrocarbons in soil ......................................................................................... 8

7.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 8

7.2 Relevant exposure routes for petroleum hydrocarbons ..................................................................................... 9

7.3 Exposure assessment methods ................................................................................................................................................. 9

7.4 Toxicity assessment methods ..................................................................................................................................................10

7.5 Relations between oil fractions in different media related to exposure ............................................11

8 Issues related to sampling and investigation ......................................................................................................................13

8.1 General ........................................................................................................................................................................................................13

8.2 Issues related to analysis ............................................................................................................................................................13

Annex A (informative) Physico-chemical properties of different petroleum hydrocarbons, etc. ......15

Annex B (informative) Examples of suggested tolerated concentration in air (TCA) and

tolerable daily intake (TDI) values for different specific petroleum hydrocarbons ..................19

Annex C (informative) Overview of suggested fractionations in different countries .....................................20

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................22

© ISO 2017 – All rights reserved iii
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ISO 11504:2017(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.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).

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

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

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO’s adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following

URL: w w w . i s o .org/ iso/ foreword .html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 190, Soil quality, Subcommittee SC 7, Soil

and site assessment.

This second edition cancels and replaces the first edition, which has been technically revised.

iv © ISO 2017 – All rights reserved
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ISO 11504:2017(E)
Introduction

Petroleum hydrocarbons (PHCs) are common environmental contaminants. They are components

of crude oil and products derived from it and are consequently found on a variety of sites including

refineries, sites where they are used as feedstock (e.g. for manufacture of plastics), manufactured gas

production sites, sites where hydrocarbons are used as fuel or lubricants and retail service stations.

They may also be present as a result of spills and leaks during transportation or related to vehicle

accidents.

Petroleum hydrocarbons can present unacceptable risks to the health and safety of humans, ecological

systems, surface water, groundwater resources and to structures and building materials. Measuring

the total concentration of petroleum hydrocarbons (TPH) in soil (and pore water and pore gas) does not

give a useful basis for the evaluation of the potential risks to man and the environment. The variety of

physical-chemical properties, and thus differences in the migration and fate of individual compounds,

and the toxicity and carcinogenicity of different fractions and compounds in oil products, need to be

taken into account in human health and environmental risk assessments.

Only a limited number of individual compounds can be routinely identified and quantified. It is,

consequently, important to adopt methods of analysis that provide information about the amount of

different hydrocarbon fractions present, preferably distinguishing between aliphatic and aromatic

fractions, and the concentrations of single compounds of particular concern with respect to the

potential health and environmental risks that they pose.

Although most petroleum hydrocarbons found in soil are of anthropogenic nature, there are some

natural sources of these materials and other organic substances (e.g. peat and coal). The analytical

methods historically used for the measurement of total petroleum hydrocarbons (TPH) tend to

measure natural materials as TPH. This issue will not be dealt with in this document, except to note

that a method which is able to give a more precise determination of the petroleum hydrocarbons is less

prone to giving results that can be misinterpreted and potentially lead to unnecessary or unsustainable

remedial actions.

The purpose of this document is to give recommendations with respect to the choice of relevant

fractions and individual compounds, and to give guidance on the appropriate use of the results.

Decisions about which analytical methods to adopt are based primarily on the need to provide the right

type and quality of data for use in risk assessments. This requires consideration of how the results of

the analysis are most appropriately used in a risk assessment, e.g. how can the fractions be used in

exposure models and assessments, and how sufficient it is to analyse soil or necessary to obtain related

values in other media as well (pore water and pore gas).

There are five existing International Standards covering the analysis of the range of petroleum

hydrocarbons of interest. ISO 16703, ISO 16558-1 and ISO/TS 16558-2 can be used to measure mineral

oil (C10 to C40) and ISO 22155 or ISO 15009 to measure volatiles. However, methods need to be able

to properly measure the fractions and compounds recommended for determination in this document.

ISO/TC190 has thus developed standards for methods of analysis designed to be compatible with the

recommendations provided in this document: ISO 16558-1, which describes a method for determination

of aliphatic and aromatic fractions of volatile petroleum hydrocarbons, and ISO 16558-2, which

describes a method for the determination of aliphatic and aromatic fractions of semi-volatile petroleum

hydrocarbons.
© ISO 2017 – All rights reserved v
---------------------- Page: 5 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD ISO 11504:2017(E)
Soil quality — Assessment of impact from soil
contaminated with petroleum hydrocarbons
1 Scope

This document gives guidelines with regard to the choice of fractions and individual compounds

when carrying out analysis for petroleum hydrocarbons in soils, soil materials and related materials,

including sediments, for the purpose of assessing risks to human health, the environment and other

possible receptors. Since many products based on petroleum hydrocarbons often contain substances

that are not hydrocarbons, the recommendations also encompass such compounds where relevant.

This document also includes relevant background information on which the recommendations are

based together with guidance on the use of the fractions recommended in the assessment of risk.

This document does not set criteria or guidelines for use as assessment criteria, since this is typically a

national or regional regulatory issue. This document also does not include recommendations as to the

specific model for the exposure assessment or the specific parameter values to be used; with respect to

guidance on this matter, reference is made to ISO 15800.
2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content

constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For

undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

ISO 11074, Soil quality — Vocabulary

ISO 15800, Soil quality — Characterization of soil with respect to human exposure

ISO 16558-1, Soil quality — Risk-based petroleum hydrocarbons — Part 1: Determination of aliphatic and

aromatic fractions of volatile petroleum hydrocarbons using gas chromatography (static headspace method)

ISO 16558-2, Soil quality — Risk-based petroleum hydrocarbons — Part 2: Determination of aliphatic

and aromatic fractions of semi-volatile petroleum hydrocarbons using gas chromatography with flame

ionization detection (GC/FID)

ISO 18400-105, Soil quality — Sampling — Part 105: Packaging, transport, storage and preservation

of samples

ISO 18512, Soil quality — Guidance on long and short term storage of soil samples

ISO 25177, Soil quality — Field soil description
3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 11074, ISO 15800 and

ISO 25177 and the following apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
— ISO Online browsing platform: available at http:// www .iso .org/ obp
© ISO 2017 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 11504:2017(E)
3.1
aliphatic hydrocarbon

acyclic or cyclic, saturated or unsaturated carbon compound, excluding aromatic compounds

3.2
aromatic hydrocarbon

hydrocarbon of which the molecular structure incorporates one or more planar sets of six carbon atoms

that are connected by delocalized electrons, numbering the same as if they consisted of alternating

single and double covalent bonds
3.3
boiling point

point at which the vapour pressure of a liquid equals the external pressure acting on the surface of a liquid

Note 1 to entry: It is expressed in degrees Celsius.
3.4
carcinogen
substance that causes the development of malignant cells in animals or humans
3.5
compliance point

location (e.g. soil or groundwater) where the assessment criteria shall be measured and shall not be

exceeded
3.6
equivalent carbon number

empirically determined parameter related to the boiling point (3.3) of a chemical normalized to the

boiling point of the n-alkanes or its retention time in a boiling point gas chromatographic (GC) column

3.7
fraction

group of aromatic and/or aliphatic compounds with leaching and volatilization factors that differ by

approximately one order of magnitude
3.8
gas chromatography

analytical method that is used to separate and determine the components of complex mixtures based

on partitioning between a gas phase and stationary phase
3.9
hydrocarbon

compound of hydrogen and carbon which are the principal constituents of crude oil, refined petroleum

products and products derived from the carbonization of coal (at high or low temperature)

3.10
indicator compound

compound chosen to describe properties, primarily toxicity, of a petroleum mixture or fraction (3.7)

Note 1 to entry: This method is often used to assess carcinogenic compounds.
3.11
NSO compound
organic compound that contains nitrogen, sulphur and oxygen

Note 1 to entry: NSO compounds occur in organic matter and crude oil. Asphaltenes are examples of NSO

compound. NSO compounds can be separated from crude oil by polar solvents such as methanol.

2 © ISO 2017 – All rights reserved
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ISO 11504:2017(E)
3.12
partitioning

extent to which a compound of a hydrocarbon (3.9) mixture separates into different media (or phases)

based on its chemical and physical properties and the size and properties of the media in the specific

situation
3.13
petroleum hydrocarbon

organic compound comprised of carbon and hydrogen atoms arranged in varying structural

configurations which make up the principal constituents of crude oil and petroleum products

Note 1 to entry: Mineral oil is a colloquial term for petroleum hydrocarbons or petroleum products.

3.14
polycyclic aromatic hydrocarbon
PAH

compound whose molecules contain two or more simple aromatic rings fused together by sharing two

neighbouring carbon atoms
Note 1 to entry: Naphthalene, anthracene, phenanthrene and benzo(a)pyrene.
3.15
surrogate compound

(representative) compound with toxicological and/or properties indicative of a hydrocarbon fraction,

which can therefore be used to represent the fraction in an exposure assessment
3.16
total petroleum hydrocarbon
method-defined parameter, depending on the analytical method used to measure it
4 Principle

A petroleum hydrocarbon product typically consists of a mixture of a very large number of individual

compounds. When assessing exposure and risk related to a mixture of compounds, such as in a

petroleum hydrocarbon product, evaluation has to be made with respect to the migration, fate and

toxicity of the different compounds in the mixture and the toxicity of the mixture. During transport

in the subsurface, the composition of a mixture may change due to different rates of dissolution,

volatilization, retardation, biodegradation, etc. acting on different component compounds. As a result,

the toxicity of the resulting mixture may vary with both time and distance from the source zone.

Assessing the potential exposure to a mixture consisting of a large number of compounds is not feasible,

neither in relation to the measurement of the concentration of all the compounds, in relation to the

evaluation of the resulting mixture (after migration and degradation) in the relevant media (such as in

the groundwater or in the indoor air), nor with respect to the resulting toxicity. A method, where only

a number of compounds or surrogate compounds are measured and evaluated, is therefore preferable.

On the other hand, it is necessary when choosing the relevant compounds and surrogate compounds

(such as relevant fractions of the total oil product) to ensure that the resulting evaluation of either overall

exposure or toxicity is a reasonable estimate of the exposure and toxicity related to the oil product as a

whole. Furthermore, selection of surrogate compounds should ensure that, if risk-management action is

necessary, the risk-management applied for the surrogate is also likely to mitigate the risks associated

with other (unquantified) substances present in the mixture.

Studies on migration, fate and toxicity of petroleum hydrocarbons show substantial differences

between the properties of individual compounds and fractions of aliphatic and aromatic hydrocarbons.

Similar differences exist between hydrocarbon compounds with different carbon content. The choice of

surrogate compounds for assessing exposure and toxicity of petroleum hydrocarbons should be based

on fractions of the total hydrocarbon mix in a mineral oil product and on individual compounds and

fractions with similar properties.
© ISO 2017 – All rights reserved 3
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ISO 11504:2017(E)

This document gives recommendations about the choice of relevant individual compounds and

fractions as a basis for the assessment of risks to humans and the environment at relevant compliance

points using established risk assessment models. It should be noted that, for the suggested combination

of fractions and singular compounds, it is necessary that comparable analytical methods exist for the

suggested fractions, etc. not only for soil but also for water, air and petroleum hydrocarbons present

as non-aqueous phase liquids (NAPL) in order to verify exposure assessment calculations and the

assumptions employed in the risk assessment model.

As mentioned in the introduction, the choice of fractions and indicator compounds should, apart from

the above, be based on the performance characteristics of the possible analytical methods, and on the

overall cost of the analysis in relation to the goal of the assessment to be carried out.

5 Relevant fractions and individual compounds
5.1 General

This clause summarizes the recommendations given with respect to relevant petroleum hydrocarbon

fractions and individual compounds to measure and use in risk assessment, unless local or national

regulations set other requirements. The recommendations are based on the arguments given in the

following subclauses.
5.2 Fractions

Where a petroleum hydrocarbon fractionation approach is adopted, it is recommended that the

fractions given in Table 1 should be used when measuring and assessing risk related to petroleum

hydrocarbons. These fractions will ensure that the calculation of the exposure can be carried out

using surrogate physico-chemical properties on the fractions that represent all compounds within the

fraction reasonably well, and that toxicity of the compounds within the fractions will be reasonably

similar, except for the specific compounds of significant toxicological potency that will have to be

assessed also as individual compounds (see 5.3).

Surrogate physico-chemical properties can be set for each of the fractions suggested, either by using

a single property for each fraction or by using a set of relevant indicator compounds representing the

fraction by set percentages and then using their properties. The first method is the one utilised by Total

[26]

Petroleum Hydrocarbon Criteria Working Group (TPHCWG) . The other method is used, for instance,

[15]

in the Danish exposure assessment tool for contaminated soils, JAGG . Some jurisdictions may have

specific requirements regarding the properties to be used in risk assessments. If not, it is recommended

to use the properties listed in Annex A.

Table 1 — Petroleum hydrocarbon fractions for use in risk assessment related to human health

and the environment, based on Equivalent Carbon (EC) number
Aliphatic fractions Aromatic fractions
>5 to 6 >5 to 7
>6 to 8 >7 to 8
>8 to 10 >8 to 10
>10 to 12 >10 to 12
>12 to 16 >12 to 16
>16 to 35 >16 to 21
>35 to 44 >21 to 35
>35 to 44
>44 to 70

NOTE 1 Dependent on the available knowledge concerning the contaminant situation on the site in question,

not all fractions can be relevant on a specific site.
4 © ISO 2017 – All rights reserved
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ISO 11504:2017(E)

NOTE 2 In some countries, assessment criteria are set for some of the suggested fractions, but not all. The

use of the auxiliary fractions can still be relevant as a basis for the evaluation of the potential risk at compliance

points in other media, e.g. groundwater or indoor air.
5.3 Individual compounds

Since petroleum hydrocarbon mixtures may contain specific compounds with a toxicity that is

substantially higher than the other compounds in the fraction it is part of, it is recommended to carry

out separate exposure and toxicity assessments of these compounds, unless the initial desk study and

conceptual model of the site in question shows that it is not relevant. Table 2 gives the recommended

list of specific compounds to include.
Table 2 — Individual compounds to be included in assessments
Benzene n-hexane
Benzo[a]pyrene Toluene
Benz[a]anthracene Ethylbenzene
Benzo[b]fluoranthene Xylenes
Benzo[k]fluoranthene Styrene
Benzo[ghi]perylene Naphthalene
Chrysene Methylnaphthalenes
Coronene Anthracene
Dibenz[a,h]anthracene Fluoranthene
Indeno[1,2,3-c,d]pyrene Phenathrene
Pyrene
NOTE The list is not comprehensive.

NOTE Other PAHs are potentially of concern and can be included if found relevant at the specific site. Some of

the listed compounds (e.g. PAH) are not present in certain petroleum hydrocarbon mixtures and can be excluded

with appropriate justification.

Other compounds of this type include those containing nitrogen, oxygen and sulphur (NSO-compounds),

which can also be found in petroleum hydrocarbon mixtures (e.g. benzo[b]thiophene, carbazole). Many

products based on petroleum hydrocarbons also contain additives of different types with purposes

specific to the products [e.g. methyl tert-butyl ether (MTBE), ethyl-tert-butylether (ETBE), tert-amyl

methyl ether (TAME), ethanol, fatty acid methyl ether (FAME)]. These may have different environmental

fate and characteristics, such as a higher solubility, a lower biodegradability or lower olfactory and

taste detection thresholds. When choosing the individual compounds to include in an investigation of a

specific site, these issues should be taken into account.

It is recommended that the NSO-compounds and additives given in Table 3 are considered, when

deciding which compounds should be considered in the risk assessment. Not all compounds may be

relevant at all sites or present in all hydrocarbon mixtures.

It should be noted that other compounds can be relevant at a specific site (e.g. lead additives and fuel

dyes). Potentially, there are approximately 14 000 different NSO compounds in crude oil belonging

to different heteroatomic classes, e.g. asphaltenes, carboxylic acids and oxygenates. The compounds

suggested are typical of NSOs found at fuel and gasoline spill sites and similar.

In the risk assessments based on the fractions and individual compounds measured, the properties

listed in Annex A should be used, unless local jurisdictions require otherwise. Since acceptance criteria

and guideline values normally are regulated nationally or regionally, this document does not give

recommendations with respect to such criteria/guidelines.
© ISO 2017 – All rights reserved 5
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ISO 11504:2017(E)
Table 3 — List of NSO-compounds and additives to be assessed if relevant
NSO-compounds
Benzo[b]thiophene
Dibenzofurane
Dibenzothiophene
Acridine
Carbazol
Aniline
Dimethyl disulphide
4-methyl aniline
4-methyl quinoline
Thiophene
Quinoline
Additives
Ethyl tert butyl ether (ETBE)
Methyl tert butyl ether (MTBE)
Di-isopropyl ether (DIPE)
Methanol
Ethanol
Butanol
Tert butyl alcohol (TBA)
Fatty acid methyl esters (FAME)
Tertiary amyl methyl ether (TAME)
Amino ethyl ethanolamine
Diethylene triamine (DETA)
Ethylene diamine
Tetraethylenepentamine (TEPA)
1,2-dibromoethane
1,2-dichloroethane
6 Petroleum hydrocarbons in soil

When talking about petroleum hydrocarbons, the difference between the term, petroleum hydrocarbons,

as such, and the term, total petroleum hydrocarbons, should be noted. Petroleum hydrocarbons (PHC)

typically refer to the hydrogen and carbon containing compounds that originate from crude oil, while

total petroleum hydrocarbons (TPH) refer to the measurable amount of petroleum-based hydrocarbons

in an environmental matrix and thus to the actual results obtained by sampling and chemical analysis.

TPH is thus a method-defined term. In other words, estimates of TPH concentrations vary depending on

the analytical method used to measure them.

NOTE Historically, this has been a significant source of inconsistency, as laboratories have different

interpretations of the term TPH. By defining PHC fractions for risk assessment, this document will improve

consistency in reporting and PHC risk assessments.

Petroleum hydrocarbons are constituents of crude oil, which, on the other hand, is the basis for the

production of a large number of processed hydrocarbons/products. Crude oil contains aliphatic and

aromatic hydrocarbons plus NSO compounds, etc. Hydrocarbon products can either be aliphatic or

6 © ISO 2017 – All rights reserved
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ISO 11504:2017(E)

aromatic hydrocarbons or a mixture of both plus the addition of other organic and inorganic compounds

(e.g. naturally occurring NSO compounds, additives in fuels and motor oils, dyes etc.). Petroleum

hydrocarbons can be grouped according to their structure as shown in Table 4.
Table 4 — Hydrocarbon structural relationship
Hydrocarbons
Aliphatic hydrocarbons Aromatic hydrocarbons
Alkanes Alkenes Alkynes Mono- Di-aromatics Cyclo-aromatics
aromatics
Cyclo- Polycyclic aro-
alkanes matic hydrocar-
bons

Petroleum hydrocarbons are typically found in soils due to spills, leakages and other forms of

contamination with different types of mineral oil products, such as gasoline (petroleum), diesel, jet fuel

(kerosene), fuel oil, lubricants and solvents. The complexity of the mixture of petroleum hydrocarbons

found in soils arises in part from the complexity of the original crude oil itself (which again depends on

the location of its origin). In order to satisfy specific needs related to the different commercial products

derived from crude oil, the oil is processed, typically
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 11504
Deuxième édition
2017-08
Qualité du sol — Évaluation de
l'impact du sol contaminé avec des
hydrocarbures pétroliers
Soil quality — Assessment of impact from soil contaminated with
petroleum hydrocarbons
Numéro de référence
ISO 11504:2017(F)
ISO 2017
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ISO 11504:2017(F)
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© ISO 2017, Publié en Suisse

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ii © ISO 2017 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 11504:2017(F)
Sommaire Page

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

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

1 Domaine d’application ................................................................................................................................................................................... 1

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

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1

4 Principe .......................................................................................................................................................................................................................... 3

5 Fractions et composés individuels pertinents ...................................................................................................................... 4

5.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 4

5.2 Fractions ....................................................................................................................................................................................................... 4

5.3 Composés individuels ....................................................................................................................................................................... 5

6 Hydrocarbures pétroliers dans le sol ............................................................................................................................................. 7

7 Évaluation de l’exposition à des hydrocarbures pétroliers dans le sol .......................................................9

7.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 9

7.2 Voies d’exposition possibles concernant les hydrocarbures pétroliers .............................................10

7.3 Méthodes d’évaluation de l’exposition ............................................................................................................................11

7.4 Méthodes d’évaluation de la toxicité .................................................................................................................................11

7.5 Relations entre les fractions huileuses dans différents milieux d’exposition ...............................12

8 Questions relatives à l’échantillonnage et à l’investigation .................................................................................15

8.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................15

8.2 Questions relatives à l’analyse ................................................................................................................................................15

Annexe A (informative) Propriétés physico-chimiques de différents hydrocarbures

pétroliers, etc ........................................................................................................................................................................................................17

Annexe B (informative) Exemples de valeurs de concentration admissibles dans l’air

et doses journalières admissibles proposées pour différents hydrocarbures

pétroliers spécifiques ...................................................................................................................................................................................20

Annexe C (informative) Vue d’ensemble du fractionnement proposé dans différents pays ....................21

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................23

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ISO 11504:2017(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 (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents

critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.

iso.org/directives).

L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l'ISO (voir www.iso.org/brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion

de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www.iso.org/avant-propos.

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 190, Qualité du sol, sous-comité SC 7,

Évaluation des sols et des sites.

Cette deuxième édition annule et remplace la première édition qui a fait l’objet d’une révision technique.

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ISO 11504:2017(F)
Introduction

Les hydrocarbures pétroliers (HCP) sont des contaminants courants de l’environnement. Ils sont des

composants du pétrole brut et de produits dérivés et sont donc présents sur de nombreux sites, dont les

raffineries, les sites où ils sont utilisés comme matières premières (par exemple pour la fabrication des

plastiques), les sites de production de gaz manufacturé, les sites où les hydrocarbures sont employés

comme carburants ou lubrifiants et les stations-service. Ils peuvent également contaminer le sol suite à

des déversements et des fuites durant le transport ou à des accidents impliquant des véhicules.

Les hydrocarbures pétroliers peuvent présenter des risques inacceptables pour la santé et la sécurité

des personnes, pour les écosystèmes, pour les eaux de surface et les ressources en eau souterraine,

ainsi que pour les structures et matériaux de construction. La détermination de la concentration en

hydrocarbures pétroliers totaux (TPH) dans le sol (ainsi que dans les eaux interstitielles et les gaz du sol)

ne fournit pas une base solide d’évaluation des risques potentiels pour les personnes et l’environnement.

La variété des propriétés physico-chimiques, et donc les différences observées au niveau de la migration

et du devenir des composés individuels, de même que la toxicité et la cancérogénicité des fractions et

composés divers des produits pétroliers, doivent être prises en compte dans les évaluations des risques

sanitaires et environnementaux.

Seul un nombre limité de composés peut être identifié et quantifié en routine. Il est donc important

d’adopter des méthodes d’analyse qui donnent des informations concernant la quantité des différentes

fractions d’hydrocarbures présentes, de préférence en distinguant les fractions aliphatiques des

fractions aromatiques, ainsi que les concentrations en composés individuels qui revêtent une

importance particulière compte tenu des risques sanitaires et environnementaux potentiels qu’ils

induisent.

Bien que la plupart des hydrocarbures pétroliers trouvés dans le sol soient de nature anthropogénique,

il existe des sources naturelles de ces substances et d’autres substances organiques pouvant être

quantifiées en même temps que les HCP comme la tourbe et le charbon). Les méthodes d’analyse

traditionnellement utilisées pour mesurer les hydrocarbures pétroliers totaux (TPH) ont tendance

à mesurer les substances naturelles comme des TPH. Cette question n’est pas traitée dans le présent

document; il convient seulement de remarquer que l’utilisation d’une méthode permettant un dosage

plus précis des hydrocarbures pétroliers a moins de risques de donner des résultats susceptibles d’être

mal interprétés, qui peuvent donner lieu à des actions correctives inutiles ou impossibles à maintenir

dans le long terme.

L’objectif du présent document est de fournir des recommandations quant à la sélection des fractions et

composés individuels pertinents et de donner des lignes directrices concernant l’utilisation appropriée

des résultats. Les décisions relatives au choix des méthodes d’analyse s’appuient principalement sur la

nécessité de fournir des données pertinentes et de qualité pour les évaluations du risque. Cela implique

d’étudier la façon la plus appropriée d’utiliser les résultats de l’analyse dans une évaluation du risque,

par exemple, en se demandant comment les fractions peuvent être utilisées dans des modèles et des

évaluations d’exposition, et si une analyse du sol est suffisante ou s’il est nécessaire d’obtenir également

des valeurs correspondantes dans d’autres milieux (eaux interstitielles et gaz du sol).

Cinq normes internationales publiées traitent de l’analyse de la gamme d’hydrocarbures pétroliers

d’intérêt: l’ISO 16703, l’ISO 16558-1 et l’ISO/TS 16558-2 peuvent être utilisées pour mesurer les huiles

minérales (C10 à C40) et l’ISO 22155 ou l’ISO 15009 pour mesurer les composés volatils. Il est toutefois

nécessaire que les méthodes permettent de mesurer correctement les fractions et les composés

dont le dosage est recommandé dans le présent document. L’ISO/TC 190 a donc élaboré des normes

concernant des méthodes d’analyse mises au point pour être compatibles avec les recommandations

données dans le présent document: l’ISO 16558-1, qui propose une méthode de dosage quantitatif

des fractions aliphatiques et aromatiques volatiles des hydrocarbures de pétrole et l’ISO 16558-2, qui

propose une méthode de dosage quantitatif des fractions aliphatiques et aromatiques semi-volatiles

des hydrocarbures de pétrole.
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NORME INTERNATIONALE ISO 11504:2017(F)
Qualité du sol — Évaluation de l'impact du sol contaminé
avec des hydrocarbures pétroliers
1 Domaine d’application

Le présent document fournit des lignes directrices concernant le choix des fractions et des composés

individuels lors de la réalisation d’une analyse des hydrocarbures pétroliers dans les sols, les matériaux

constitutifs du sol et les matériaux connexes, y compris les sédiments, à des fins d’évaluation des risques

pour la santé des personnes, l’environnement et d’autres récepteurs éventuels. Étant donné que de

nombreux produits à base d’hydrocarbures pétroliers contiennent souvent des substances différentes

des hydrocarbures, les recommandations englobent également ces composés, le cas échéant.

Le présent document comprend également des informations de base pertinentes sur lesquelles

s’appuient les recommandations, ainsi que des lignes directrices relatives à l’utilisation des fractions

recommandées dans l’évaluation du risque.

Le présent document ne fixe pas de critères ou de lignes directrices faisant office de critères d’évaluation

puisque ceux-ci sont généralement du ressort des instances réglementaires nationales ou régionales.

Le présent document n’inclut pas non plus de recommandations concernant le modèle spécifique

d’évaluation de l’exposition ou les valeurs de paramètres spécifiques à utiliser. Concernant les lignes

directrices relatives à ces questions, il est fait référence à l’ISO 15800.
2 Références normatives

Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des exigences

du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les références non

datées, la dernière édition du document de référence (y compris les éventuels amendements) s’applique.

ISO 11074, Qualité du sol — Vocabulaire

ISO 15800, Qualité du sol — Caractérisation des sols relative à l’exposition des personnes

ISO 16558-1, Qualité du sol — Hydrocarbures de pétrole à risque — Partie 1: Détermination des fractions

aliphatiques et aromatiques des hydrocarbures de pétrole volatiles par chromatographie en phase gazeuse

(méthode par espace de tête statique)

ISO 16558-2, Qualité du sol — Hydrocarbures de pétrole à risque — Partie 2: Détermination des fractions

aliphatiques et aromatiques des hydrocarbures de pétrole semi-volatils par chromatographie en phase

gazeuse avec détection à ionisation de flamme (CPG-FID)

ISO 18400-105, Qualité du sol — Échantillonnage — Partie 105: Emballage, transport, stockage et

conservation des échantillons

ISO 18512, Qualité du sol — Lignes directrices relatives au stockage des échantillons de sol à long et à

court termes
ISO 25177, Qualité du sol — Description du sol sur le terrain
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 11074, l’ISO 15800 et

l’ISO 25177 ainsi que les suivants s’appliquent.
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ISO 11504:2017(F)

L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http://www.electropedia.org/
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https://www.iso.org/obp
3.1
hydrocarbure aliphatique

composé carboné acyclique ou cyclique, saturé ou insaturé, à l’exclusion des composés aromatiques

3.2
hydrocarbure aromatique

hydrocarbure dont la structure moléculaire comprend un ou plusieurs cycles planaires de six atomes de

carbone, liés par des électrons délocalisés dont le nombre est le même que s’ils formaient une alternance

de liaisons covalentes simples et doubles
3.3
point d’ébullition

température à laquelle la pression de vapeur d’un liquide est égale à la pression extérieure qui s’exerce

sur la surface d’un liquide
Note 1 à l'article: Il est exprimé en degrés Celsius.
3.4
carcinogène

substance causant le développement de cellules malignes chez les humains ou les animaux

3.5
milieu d’observation

lieu (par exemple dans le sol ou dans des eaux souterraines) où les critères d’évaluation doivent être

mesurés et ne doivent pas être dépassés
3.6
nombre de carbone équivalent

paramètre déterminé de manière empirique, lié au point d’ébullition (3.3) d’une substance chimique

normalisé au point d’ébullition des n-alcanes ou à son temps de rétention au point d’ébullition dans une

colonne de chromatographie en phase gazeuse (CG)
3.7
fraction

groupe de composés aromatiques et/ou aliphatiques dont les facteurs de lixiviation et de volatilisation

diffèrent d’un ordre de grandeur d’environ 1
3.8
chromatographie en phase gazeuse

méthode d’analyse utilisée pour séparer et déterminer les composants de mélanges complexes, basée

sur le partage entre une phase gazeuse et une phase stationnaire
3.9
hydrocarbure

composé constitué d’hydrogène et de carbone, principal constituant du pétrole brut, des produits

pétroliers raffinés et des produits dérivés de la carbonisation du charbon (à faible ou haute température)

3.10
composé indicateur

composé choisi pour décrire les propriétés, principalement la toxicité, d’un mélange pétrolier ou d’une

fraction (3.7)

Note 1 à l'article: Cette méthode est souvent utilisée pour évaluer les composés carcinogènes.

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3.11
composé NSO
composé organique contenant de l’azote, du soufre et de l’oxygène

Note 1 à l'article: Les composés NSO sont présents dans la matière organique et le pétrole brut. Les asphaltènes

sont des exemples de composés NSO. Les composés NSO peuvent être séparés du pétrole brut par des solvants

polaires tels que le méthanol.
3.12
répartition

degré de séparation d’un composé d’un mélange d’hydrocarbures (3.9) en différents milieux (ou phases)

en fonction de ses propriétés physico-chimiques et de la taille et des propriétés des milieux concernés

pour une situation donnée
3.13
hydrocarbure pétrolier

composé organique comprenant des atomes de carbone et d’hydrogène de structures variées et faisant

partie des principaux constituants du pétrole brut et des produits pétroliers

Note 1 à l'article: Le terme « huile minérale » est un terme familièrement utilisé pour désigner les hydrocarbures

pétroliers ou les produits pétroliers.
3.14
hydrocarbure aromatique polycyclique
HAP

composé dont les molécules contiennent deux ou plusieurs noyaux aromatiques simples qui fusionnent

ensemble en partageant deux atomes de carbone adjacents
Note 1 à l'article: Naphtalène, anthracène, phénanthrène et benzo[a]pyrène.
3.15
composé de substitution

composé (représentatif) dont les propriétés toxicologiques sont comparables à une fraction

d’hydrocarbure, qui peut donc être utilisé pour représenter la fraction dans une évaluation de

l’exposition
3.16
hydrocarbure pétrolier total

paramètre défini selon une méthode, qui varie en fonction de la méthode d’analyse utilisée pour le mesurer

4 Principe

Un produit d’hydrocarbures pétroliers consiste généralement en un mélange d’un très grand nombre

de composés individuels. L’évaluation de l’exposition et l’appréciation du risque associé à un mélange

de composés, tel que dans un produit d’hydrocarbures pétroliers, doivent prendre en considération à

la fois la migration, le devenir et la toxicité des divers composés du mélange, de même que la toxicité

de ce dernier. Au cours de son transport dans le sous-sol, la composition d’un mélange peut se modifier

en raison des différences de vitesse des processus en œuvre sur les différents constituants, tels que la

dissolution, la volatilisation, le retard de migration, la biodégradation, etc. Par conséquent, la toxicité

du mélange résultant peut varier dans le temps et à mesure que l’on s’éloigne de la zone d’origine.

L’évaluation de l’exposition potentielle à un mélange comprenant un grand nombre de composés n’est

pas envisageable, qu’il s’agisse de mesurer la concentration de tous les composés, d’évaluer le mélange

résultant (après migration et dégradation) dans les milieux pertinents (tels que les eaux souterraines ou

l’air intérieur) ou de connaître la toxicité résultante. Une méthode permettant de mesurer et d’évaluer

uniquement un certain nombre de composés ou de composés de substitution est donc préférable.

Par ailleurs, lors de la sélection des composés et composés de substitution pertinents (tels que

les fractions pertinentes du produit pétrolier total), il est nécessaire de s’assurer que le résultat

de l’évaluation de l’exposition totale ou de la toxicité totale donne une estimation raisonnable de

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l’exposition et de la toxicité par rapport au produit pétrolier total. Il convient en outre de s’assurer,

lors de la sélection des composés de substitution, que l’action de management du risque appliquée au

composé de substitution, si cela doit s’avérer nécessaire, est également en mesure de réduire les risques

associés à d’autres substances (non quantifiées) présentes dans le mélange.

Des études sur la migration, le devenir et la toxicité des hydrocarbures pétroliers révèlent des

différences de propriétés importantes entre les composés individuels et les fractions d’hydrocarbures

aliphatiques et aromatiques. Des différences similaires existent entre les composés d’hydrocarbures

ayant une teneur en carbone différente. Il convient de sélectionner les composés de substitution

servant à l’évaluation de l’exposition et de la toxicité des hydrocarbures pétroliers en se basant sur les

fractions du mélange d’hydrocarbures totaux dans une huile minérale et sur les composés individuels

et les fractions ayant des propriétés similaires.

Le présent document donne des recommandations concernant la sélection des composés individuels

et fractions pertinents servant de base d’évaluation des risques pour les personnes et l’environnement

dans des milieux d’observation pertinents en utilisant des modèles reconnus d’évaluation du risque. Il

convient de noter que, pour la combinaison de fractions et de composés individuels qui est proposée,

l’existence de méthodes d’analyse comparables pour les fractions proposées, etc., est nécessaire,

non seulement pour la phase solide, mais également pour la phase aqueuse, la phase gazeuse et les

hydrocarbures pétroliers sous forme de phase liquide non aqueuse (NAPL), ceci afin de vérifier les

calculs d’évaluation de l’exposition et les hypothèses employées dans le modèle d’évaluation du risque.

Comme indiqué dans l’introduction, il convient de sélectionner les fractions et les composés indicateurs

(à l’exception de ceux mentionnés ci-dessus) sur la base des caractéristiques de performance des

méthodes d’analyse possibles et du coût global de l’analyse en fonction de l’objectif recherché.

5 Fractions et composés individuels pertinents
5.1 Généralités

Le présent article résume les recommandations données concernant les fractions et composés

individuels d’hydrocarbures pétroliers pertinents à mesurer et à utiliser dans l’évaluation du risque,

sauf lorsque des exigences différentes sont fixées par des réglementations locales ou nationales. Ces

recommandations s’appuient sur les arguments donnés dans les paragraphes suivants.

5.2 Fractions

Lorsqu’une approche fondée sur le fractionnement d’hydrocarbures est adoptée, il est recommandé

d’utiliser les fractions données dans le Tableau 1 lors des mesures et de l’évaluation du risque lié aux

hydrocarbures pétroliers. Ces fractions permettent de garantir que les calculs de l’exposition peuvent

être réalisés à partir des propriétés physico-chimiques de substitution des fractions qui représentent

tous les composés de manière relativement correcte, et que la toxicité de ces composés à l’intérieur

des fractions sera relativement similaire, à l’exception des composés spécifiques de toxicité élevée, qui

devront être évalués également en tant que composés individuels (voir 5.3).

Les propriétés physico-chimiques de substitution peuvent être définies pour chacune des fractions

proposées, soit à partir d’une seule propriété pour chaque fraction, soit à partir d’un ensemble de

composés indicateurs pertinents représentant la fraction par des pourcentages fixés, dont on utilise

ensuite les propriétés. La première méthode est celle utilisée par le Groupe de travail sur les critères

[26]

relatifs aux hydrocarbures pétroliers totaux (TPHCWG) . L’autre méthode est utilisée, par exemple,

dans l’outil d’évaluation de l’exposition développé par l’Agence pour la protection de l’environnement

[15]

du Danemark (JAGG) concernant les sols contaminés. Certaines juridictions peuvent avoir défini des

exigences spécifiques concernant les propriétés à utiliser dans les évaluations du risque. Dans le cas

contraire, il est recommandé d’utiliser les propriétés indiquées dans l’Annexe A.

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Tableau 1 — Fractions d’hydrocarbures pétroliers à utiliser dans une évaluation du risque

pour la santé des personnes et l’environnement, déterminées à partir du nombre de carbone

équivalent (CE)
Fractions aliphatiques Fractions aromatiques
>5 à 6 >5 à 7
>6 à 8 >7 à 8
>8 à 10 >8 à 10
>10 à 12 >10 à 12
>12 à 16 >12 à 16
>16 à 35 >16 à 21
>35 à 44 >21 à 35
>35 à 44
>44 à 70

NOTE 1 Les fractions présentes sur un site spécifique ne sont pas forcément toutes pertinentes; cela dépend

des connaissances disponibles concernant la situation des contaminants sur le site concerné.

NOTE 2 Dans certains pays, des critères d’évaluation sont définis pour certaines des fractions proposées, mais

pas pour toutes. L’utilisation des fractions complémentaires peut encore être pertinente pour servir de base à

l’évaluation du risque potentiel dans d’autres milieux d’observation, par exemple dans le sol ou dans des eaux

souterraines.
5.3 Composés individuels

Étant donné que les mélanges d’hydrocarbures pétroliers peuvent contenir des composés spécifiques

dont la toxicité est nettement plus élevée que celle des autres composés présents dans la fraction, il

est recommandé d’effectuer des évaluations séparées de l’exposition et de la toxicité de ces composés,

à moins que l’étude initiale sur documents et le schéma conceptuel du site étudié n’en montrent pas la

pertinence. Le Tableau 2 donne la liste des composés spécifiques qu’il est recommandé d’inclure.

Tableau 2 — Composés individuels à inclure dans les évaluations
Benzène n-hexane
Benzo[a]pyrène Toluène
Benzo[a]anthracène Éthylbenzène
Benzo[b]fluoranthène Xylènes
Benzo[k]fluoranthène Styrène
Benzo[ghi]pérylène Naphtalène
Chrysène Méthylnaphtalènes
Coronène Anthracène
Dibenzo[a,h]anthracène Fluoranthène
Indéno[1,2,3-c,d]pyrène Phénanthrène
Pyrène
NOTE La liste n’est pas exhaustive.

NOTE D’autres HAP peuvent présenter un intérêt et être inclus s’ils sont jugés pertinents sur le site

spécifique. Certains des composants énumérés (par exemple HAP) ne sont pas présents dans certains mélanges

d’hydrocarbures pétroliers et peuvent être exclus avec une justification appropriée.

D’autres composés de ce type incluent ceux contenant de l’azote, de l’oxygène et du soufre (composés

NSO), qui peuvent se trouver également dans les mélanges d’hydrocarbures pétroliers (par exemple

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benzo[b]thiophène, carbazole). De nombreux produits à base d’hydrocarbures pétroliers contiennent

également des additifs de carburant [par exemple le méthyl-tert-butyl éther (MTBE), l’éthyl tert-butyl

éther (ETBE), le tert-amyl méthyl éther (TAME), l’éthanol, l’ester méthylique d’acide gras (FAME)]. Leur

devenir et leurs caractéristiques dans l’environnement peuvent être différents: par exemple, ils peuvent

être plus solubles, moins biodégradables, ou avoir des seuils de détection olfactive et gustative plus

bas. Lors de la sélection des composés individuels à utiliser dans l’investigation d’un site spécifique, il

convient de prendre en compte ces aspects.

Il est recommandé de prendre en compte les composés NSO et les additifs indiqués dans le Tableau 3

au moment de choisir les composés qu’il convient d’inclure dans l’évaluation du risque. Tous les

composés ne sont pas forcément tous pertinents pour tous les sites ou présents dans tous les mélanges

d’hydro
...

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