Soil quality — Characterization of contaminated soil related to groundwater protection

This document provides guidance on the principles behind, and main methods for, the evaluation of sites, soils and soil materials in relation to their role as a source of contamination of groundwater and their function in retaining, releasing and transforming contaminants. It is focused on contaminated land management identifying and listing relevant monitoring strategies, methods for sampling, soil processes and analytical methods.

Qualité du sol — Caractérisation des sols pollués en relation avec la protection des eaux souterraines

Le présent document fournit des recommandations relatives aux principes sous-jacents et aux principales méthodes régissant l'évaluation des sites, des sols et des matériaux du sol, à leur rôle en tant que source de pollution des eaux souterraines et à leur fonction de rétention, d'émission et de transformation des polluants. Il est axé sur la gestion des sites et sols pollués ainsi que sur l'identification et l'énumération des stratégies de surveillance et des méthodes d'échantillonnage, de traitements des sols et d'analyses applicables.

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Status
Published
Publication Date
25-Nov-2018
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
26-Nov-2018
Completion Date
26-Nov-2018
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ISO 15175:2018 - Soil quality -- Characterization of contaminated soil related to groundwater protection
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ISO 15175:2018 - Qualité du sol -- Caractérisation des sols pollués en relation avec la protection des eaux souterraines
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 15175
Second edition
2018-12
Soil quality — Characterization
of contaminated soil related to
groundwater protection
Qualité du sol — Caractérisation des sols pollués en relation avec la
protection des eaux souterraines
Reference number
ISO 15175:2018(E)
ISO 2018
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 15175:2018(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2018

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Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2018 – All rights reserved
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ISO 15175:2018(E)
Contents Page

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

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

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

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

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

5 Assessment of direct and indirect inputs to groundwater........................................................................................ 5

5.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 5

5.2 Relevant soil processes .................................................................................................................................................................... 6

5.3 Impact assessment procedures ................................................................................................................................................ 7

5.4 Sensitivity and uncertainty analysis, data handling and quality ................................................................. 9

6 Tier 1 — Simple assessment .................................................................................................................................................................11

6.1 General ........................................................................................................................................................................................................11

6.2 Site and soil description ...............................................................................................................................................................11

6.3 Simple assessment of the potential leaching risk ..................................................................................................12

7 Tier 2 — Intermediate assessment ................................................................................................................................................13

7.1 General ........................................................................................................................................................................................................13

7.2 Sampling ....................................................................................................................................................................................................13

7.3 Characterization of soil, water and soil gas .................................................................................................................13

7.3.1 General...................................................................................................................................................................................13

7.3.2 Physical parameters ...................................................................................................................................................14

7.3.3 Chemical parameters ................................................................................................................................................14

7.4 Impact assessment ...........................................................................................................................................................................16

7.4.1 General...................................................................................................................................................................................16

7.4.2 Substance concentration in soil water .......................................................................................................16

7.4.3 Amount of transferable substances ..............................................................................................................17

7.4.4 Degradation of organic contaminants ........................................................................................................18

8 Tier 3 — Complex assessment .............................................................................................................................................................18

8.1 General ........................................................................................................................................................................................................18

8.2 Biological parameters ....................................................................................................................................................................18

8.3 Isotopic parameters .........................................................................................................................................................................18

8.4 Geophysical parameters ...............................................................................................................................................................19

Annex A (informative) Relevant parameters suggested for the physical, chemical and

biological characterization of soil, water and soil gas ...............................................................................................20

Annex B (informative) Examples of complex methods for assessing the leaching risk ...............................27

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................36

© ISO 2018 – All rights reserved iii
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ISO 15175:2018(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

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electrotechnical standardization.

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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).

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

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constitute an endorsement.

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

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

Impact assessment.

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/members .html.

This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 15175:2004), which has been technically

revised.

The main change concerns the focus on contaminated land management. This second edition suggests a

tiered approach from simple to complex assessment in order to evaluate the impact of soil contamination

of groundwater.
iv © ISO 2018 – All rights reserved
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 15175:2018(E)
Soil quality — Characterization of contaminated soil
related to groundwater protection
1 Scope

This document provides guidance on the principles behind, and main methods for, the evaluation of

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

their function in retaining, releasing and transforming contaminants. It is focused on contaminated

land management identifying and listing relevant monitoring strategies, methods for sampling, soil

processes and analytical methods.
2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.

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

— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
3.1
aquifer

geological water-bearing formation (bed or stratum) of permeable rock, or unconsolidated material

(e.g. sand and gravels) capable of yielding significant quantities of water
[SOURCE: ISO 5667-11:2009, 3.5]
3.2
contaminant
substance or agent present in the soil (3.10) as a result of human activity
Note 1 to entry: See pollutant (3.7).

Note 2 to entry: There is no assumption in this definition that harm results from the presence of the contaminant.

[SOURCE: ISO 11074:2015, 3.4.6, modified — a new Note 1 to entry has been added and the subsequent

note has been renumbered.]
3.3
dissolved organic carbon
DOC

concentration of organic carbon remaining in solution after filtration and/or centrifugation under

defined conditions
Note 1 to entry: Dissolved organic carbon is expressed in mg/l, g/m .
© ISO 2018 – All rights reserved 1
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ISO 15175:2018(E)
3.4
groundwater

water in the saturated zone of an underground geological formation or artificial deposit such as made

ground, e.g. fill material

[SOURCE: ISO 5667-11:2009, 3.9, modified — “and/or unsaturated zone” has been removed.]

3.5
water table
upper boundary surface of the groundwater (3.4)
[SOURCE: ISO 11074:2015, 3.2.4]
3.6
percolating water
infiltrating water that moves downward in the pore space due to gravity
[SOURCE: ISO 11074:2015, 3.2.5]
3.7
pollutant

substance or agent present in the soil (3.10) [or groundwater (3.4)] which, due to its properties, amount

or concentration causes adverse impacts on soil functions (3.11) or soil use
[SOURCE: ISO 11074:2015, 3.4.18, modified — “or soil use” has been added.]
3.8
pore water
water in the pores or cavities within a body of rock or soil (3.10)

[SOURCE: ISO 5667-11:2009, 3.18, modified — “water that fills the pores” has been replaced by “water

in the pores”.]
3.9
risk assessment

process of risk analysis and evaluation of the damaging effects on humans and the environment, with

respect to the nature, extent, and probability of occurrence of these effects

[SOURCE: ISO 11074:2015, 5.2.26, modified — “effects on man” has been replaced by “effects on

humans”.]
3.10
soil

upper layer of the Earth's crust composed of mineral particles, organic matter, water, air and organisms

Note 1 to entry: In a broader civil engineering sense, soil includes topsoil and sub-soil; deposits such as clays,

silts, sands, gravels, cobbles, boulders, and organic matter and deposits such as peat, materials of human origin

such as wastes, ground gas and moisture, and living organisms.

[SOURCE: ISO 11074:2015, 2.1.11, modified — “transformed by weathering and physical/chemical and

biological processes” has been removed.]
3.11
soil function
description of the significance of soils (3.10) to man and the environment

EXAMPLE Control of substance and energy cycles as compartment of ecosystems, basis for the life of plants,

animals, and man, basis for the stability of buildings and roads, basis for the yield of agriculture, horticulture, and

forestry, carrier of genetic reservoir, document of natural history, archaeological and paleoecological document.

[SOURCE: ISO 11074:2015, 3.3.31]
2 © ISO 2018 – All rights reserved
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ISO 15175:2018(E)
3.12
soil gas
gas and vapour in the pore spaces of soils (3.10)
[SOURCE: ISO 11074:2015, 2.1.13]
3.13
soil material

excavated soil, dredged materials and soil (3.10) treated to remove or destroy or reduce the

environmental availability of contaminants (3.2)
[SOURCE: ISO 11074:2015, 7.4.16, modified — “materials composed of” removed.]
3.14
soil pores
part of the soil volume, between the solid particles of the soil (3.10)
[SOURCE: ISO 11074:2015, 2.1.14]
3.15
soil water
all water of the unsaturated zone (3.17)
[SOURCE: ISO 11074:2015, 3.2.7, modified — “and saturated” has been removed.]
3.16
total organic carbon
TOC
all carbon present in organic matter
[SOURCE: ISO 11074:2015, 2.1.22]
3.17
unsaturated zone

part of an aquifer (3.1) in which the pore spaces of the formation are not totally filled with water

[SOURCE: ISO 6107-2:2006, 150]
4 General

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

a lasting influence on the water balance and groundwater quality. In this context, particular attention

shall be paid to the following functions:

— mechanical filter functions (retention of suspended sludge and contaminant particles);

— chemical filter functions (sorption and mobilization of substances);
— transformation functions (degradation or transformation of substances).

NOTE The liquid phase most commonly consists of solely of water but non-aqueous liquids can sometimes

also be present as a separate phase.

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

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

The assessment of contamination affecting groundwater quality requires a profound understanding

of the governing processes and reactions of potentially toxic compounds in soils. Contaminants are

translocated in all three phases of soils as a function of the properties of the chemicals and the soil.

Hence, strategies for assessing risks to groundwater due to soil contamination should vary with the

contaminants considered, and should take into account those soil properties which mainly govern the

soil's filter, retention, release and transformation functions.
© ISO 2018 – All rights reserved 3
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ISO 15175:2018(E)

Vaporous contaminants, essentially volatile organic compounds (VOCs) are likely to migrate in the

unsaturated zone in gaseous form. Knowledge of the soil gas quality in the unsaturated zone allows

detection of contamination before it reaches the saturated zone as well as in the saturated zone.

In addition to considering the properties of the chemicals and the soil governing the behaviour of

contaminants in soils, different ways for contaminants to enter soils should also be evaluated when

designing suitable risk assessment strategies, with respect to contamination of groundwater. Soil and

groundwater contamination can be caused by different sources on different spatial scales, as indicated

in Figure 1.
Key
1 solid waste tip of landfill
2 industrially-polluted “losing” river
3 industrial site drainage
4 leaking storage tanks
5 in-situ sanitation
6 farmyard drainage
7 leaking sewers
8 wastewater lagoons
9 agricultural intensification

Figure 1 — Common sources of groundwater contamination (focus on contaminated land

[1]
management)

On regional and larger scales, soil contamination is caused, for example, by wet and dry atmospheric

deposition. The contamination observed in these cases is generally diffuse and with fairly moderate levels

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

and groundwater contamination. In the case of immiscible contaminants (for example hydrocarbons),

most of the contamination forms a separate liquid phase from water. A fraction is soluble and capable

of migrating to groundwater. In the unsaturated zone, another fraction could be in the vapour phase.

Depending on the relative density in water, the behaviour of the contaminant is very different. Light

non aqueous phase liquids (LNAPL) have a lower density and dense non aqueous phase liquids (DNAPL)

have a higher density than that of water. Most point sources of contamination can also be regarded

as off-site diffuse sources of groundwater contamination. It is evident that different contamination

scenarios as a function of contamination sources and scale demand different investigation strategies

with respect to groundwater impact. Furthermore, groundwater impact assessment depends on the

aquifer system: unconfined or confined and the type of porosity: porous media, fractured media or

karst environment. At present there are no uniform principles for the investigation and evaluation of

contaminated soils and contaminated sites in relation to the protection of water resources.

Investigation strategies may be simple to complex. Simple or qualitative approaches mostly refer

to assessment of, for example, the potential leaching risk of chemicals through the soil towards

groundwater. In contrast to complex or quantitative approaches, the level of actual soil contamination

4 © ISO 2018 – All rights reserved
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ISO 15175:2018(E)

is not taken into account. Approaches of this type can also be used, for example, to classify larger areas

with respect to their capability of protecting groundwater resources against contamination, or as an

introductory step in an assessment of an actual contaminated site.

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

approaches based on site-specific investigation procedures including laboratory and/or field

measurements have to be used. Laboratory measurements can include physical, chemical and biological

analysis, and leaching tests. Assessments of this kind should also take into account natural background

concentrations of a substance and other natural conditions affecting the impact on the groundwater.

Assessments of impact on groundwater often include a temporal aspect, since the actual impact might

not be measurable at the time of the investigation, but could happen sometime in the future.

Assessments also depend on the purposes of investigations, for example:
— conservation of soil functions in order to prevent groundwater contamination;
— soil and groundwater monitoring;
— risk assessment;
— controlling remediation measures.

A listing of suitable methods is provided in the main part of this document (see Clause 5).

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

relevant in an overall impact assessment. This issue is not addressed explicitly in this document.

5 Assessment of direct and indirect inputs to groundwater
5.1 General

A prerequisite for the evaluation of the soil-to-groundwater pathway is the determination of the

relevant physical, chemical and biological characteristics of soils and the hydrological characteristics

of the site. It is therefore necessary to collect data for the assessment of the contamination source with

respect to the type and degree of contamination and extent of source(s).

It is also necessary to describe the soil that is impacted by the contamination source, and the factors

affecting the impact on the groundwater, e.g. the geometry, hydraulic conditions and natural chemical

and biologic processes. Indeed, many processes occurring in the soil (physical, chemical and biological

processes) may influence the groundwater impact.

The processes involved are illustrated schematically in Figure 2 and a description of the relevant

parameters is given in Table 1.
© ISO 2018 – All rights reserved 5
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ISO 15175:2018(E)

Figure 2 — Schematic diagram illustrating the soil compartment covered by the assessment

[2]
procedure and processes affecting the impact of contamination on groundwater

The types of information needed to describe the relevant soil compartment include pedology (e.g. soil

unit), lithology of parent material, hydrogeology (e.g. permeability), physico-chemical conditions (e.g.

pH) and biological conditions (e.g. substrate availability). The study area of the impact assessment

depends on many factors, such as the following:
— the origin of the contamination: diffuse versus point source;
— the type and characteristics of contaminants (e.g. solubility, persistence);

— the type (e.g. consolidated, unconsolidated, sedimentary/metamorphic/igneous, fractured, karstic,

dual porosity, etc.) and characteristics of the aquifer (e.g. homogeneous/heterogeneous, isotropic/

anisotropic, bedding, jointing, confinement, dispersivity, velocity, etc.);

— the use of the aquifer (e.g. drinking water supply, industrial supply) and relations of the aquifer with

superficial water (e.g. lakes, rivers, etc.).
5.2 Relevant soil processes

Contaminant transport in the unsaturated zone is governed not only by the transport of percolating

water but also by a number of biological, physical and chemical processes. Which of these processes are

to be considered important within a given context depends on the type of contaminants and the actual

soil conditions. An overview of soil and contaminant parameters related to contaminant transport is

given in Table 1.
6 © ISO 2018 – All rights reserved
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ISO 15175:2018(E)

Contamination ageing influences different processes in soil: decrease of degradation and mobility,

increase of sorption and viscosity. This parameter should be taken into account for the impact

assessment.

Table 1 — Examples of soil and contaminant parameters related to different processes in soil

Examples of contaminant
Process Examples of soil parameters
parameters

Mass transport of contami- Hydraulic, conductivity, degree of saturation, Solubility, volatility, density,

nants porosity, pore size distribution, soil water- viscosity
retention functions, relative permeability, re-
Adsorption/sorption
sidual saturation, wettability, surface tension,
capillary pressure, tortuosity
Contaminant transport in
water:
Advection Pressure gradient, hydraulic conductivity,
porosity
Dispersion/diffusion Dispersitivity, pore water velocity Diffusion coefficient
Density transport Pore water velocity, soil layering Liquid density
Viscosity
Dispersion, change in density

Preferential flow Pore size distribution, fissure size, macropore Viscosity, density, diffusion

size, connectivity coefficient
Dispersion, change in density

Volatilization Water content, temperature, chemical-phase Vapour pressure, Henry's

content constant

Gas-phase transport Water content, tortuosity, pressure differences Diffusion coefficient

Dissolution of organics Hydraulic conductivity, tortuosity, water content Solubility, composition of

chemical phase

Dissolution of inorganics Hydraulic conductivity, tortuosity, water content Solubility products

Precipitation pH, redox, other components, water content Solubility product, complexa-

tion constant

Complexation pH, ligand concentration, dissolved organic Stability constant of complexes

compound DOC

Ion exchange Cation exchange capacity, ionic strength, other Valence, degree of hydratization

cations, pH

Sorption of organics pH, organic matter content, clay content and Octanol/water distribution

mineralogy, specific surface area coefficient, sorption coefficient

Sorption of inorganics pH, organic matter content, clay content and Sorption coefficient

mineralogy, specific surface area, non-crystal-
line (short-range ordered) oxide and hydrous
oxide gels
Degradation
Abiotic Redox, pH, temperature Presence of primary susbtrate,
degradability, toxicity to mi-
Biotic Microorganisms, redox, substrate, pH, tempera-
croorganisms
ture, water content
5.3 Impact assessment procedures

In order to complete a description of the source and the soil, it is necessary to develop:

— strategies for evaluation of site-specific parameters;
— sampling strategies;
© ISO 2018 – All rights reserved 7
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ISO 15175:2018(E)
— analytical and testing strategies;

— for each site and/or media (soil, groundwater, soil gas) that influences the impact on the groundwater.

These strategies should be determined on the basis of:
— history of the site or area;
— available data and/or results of previous investigations;

— the nature of any process-based treatment methods that have been applied to the soil;

— the intended use of the site.

To optimize the actual need for information in relation to the costs and time demanded for the

investigations in the field and laboratory, the assessment should be carried out following a tiered

approach (see Figure 3 which displays a generic approach which can be amended when necessary).

The impact assessment is often an iterative procedure, each tier being a more refined version of the

description of the problem and each leading to a more detailed basis for decision-making, as to the

necessity of remedial action in the form of site clean-up, land-use restrictions, etc. (see Tier 2 on

Figure 3).
Figure 3 — Graduated approach for impact assessment
8 © ISO 2018 – All rights reserved
---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO 15175:2018(E)

Investigations of contaminated sites are usually only carried out where contamination is expected.

[4]

Thus, guidance given in ISO 18400-203 can be used. The area of interest may provide elements

forming a basis for decision-making and for determining if a site should be remediated.

The first tier requires a preliminary investigation (desk study and site reconnaissance) (see Clause 6),

such as collecting information about known or suspected contamination hot-spots and the range of

expected contaminants. In the first tier, the assessment identifies presence of potential source-

pathway-receptor linkages.

If this proves inconclusive, it could be necessary to locate contamination hot-spots via a targeted

exploratory investigation (Tier 2). This should include the determination of total and pseudo-total

concentrations of substances. If evidence of increased concentrations of contaminants can be deduced

from the orientated investigations, then pathway-specific investigations are necessary. The risk of

groundwater contamination in the saturated zone can, in general, be derived from the concentration

and amount of substances in water in the unsaturated zone (e.g. infiltration, capillary, perched). In some

cases, it may be more important to consider the amounts of contaminants instead of the concentrations,

which may be very high in a small spot, without posing a large risk of groundwater contamination.

Evaluation of the exposure pathway of soil to groundwater within the framework of a second-tier risk

assessment requires evaluation of the concentration of substances in the percolation water which enter

the groundwater.

Within the framework of a detailed investigation, it may be necessary to consider, in addition, the

volumes of transferable substances, potentially mob
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 15175
Deuxième édition
2018-12
Qualité du sol — Caractérisation
des sols pollués en relation avec la
protection des eaux souterraines
Soil quality — Characterization of contaminated soil related to
groundwater protection
Numéro de référence
ISO 15175:2018(F)
ISO 2018
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 15175:2018(F)
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© ISO 2018

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ii © ISO 2018 – Tous droits réservés
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ISO 15175:2018(F)
Sommaire Page

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

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

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

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

4 Généralités .................................................................................................................................................................................................................. 3

5 Évaluation des apports directs et indirects dans les eaux souterraines ....................................................5

5.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 5

5.2 Principaux processus dans le sol ............................................................................................................................................. 6

5.3 Modes opératoires d’évaluation de l’impact ................................................................................................................. 8

5.4 Analyse de la sensibilité et de l’incertitude, traitement et qualité des données .........................10

6 Niveau 1 — Évaluation simple .............................................................................................................................................................12

6.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................12

6.2 Description du site et du sol .....................................................................................................................................................12

6.3 Évaluation simple du risque potentiel de lixiviation ..........................................................................................13

7 Niveau 2 — Évaluation intermédiaire .........................................................................................................................................14

7.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................14

7.2 Échantillonnage ...................................................................................................................................................................................14

7.3 Caractérisation du sol, de l’eau et des gaz du sol....................................................................................................15

7.3.1 Généralités .........................................................................................................................................................................15

7.3.2 Paramètres physiques ..............................................................................................................................................15

7.3.3 Paramètres chimiques .............................................................................................................................................15

7.4 Évaluation de l’impact ...................................................................................................................................................................17

7.4.1 Généralités .........................................................................................................................................................................17

7.4.2 Concentration des substances présentes dans l’eau du sol .....................................................18

7.4.3 Quantité de substances transférables .........................................................................................................19

7.4.4 Dégradation des polluants organiques ......................................................................................................19

8 Niveau 3 — Évaluation complexe......................................................................................................................................................19

8.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................19

8.2 Paramètres biologiques ................................................................................................................................................................20

8.3 Paramètres isotopiques ................................................................................................................................................................20

8.4 Paramètres géophysiques...........................................................................................................................................................21

Annexe A (informative) Paramètres pertinents suggérés pour la caractérisation physique,

chimique et biologique du sol, de l’eau et des gaz du sol ........................................................................................22

Annexe B (informative) Exemples de méthodes complexes pour l’évaluation du risque de

lixiviation ..................................................................................................................................................................................................................29

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................37

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ISO 15175:2018(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/iso/fr/avant -propos.

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

Évaluation de l'impact.

Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent

document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes

se trouve à l’adresse www .iso .org/fr/members .html.

Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 15175:2004), qui a fait l’objet d’une

révision technique.

La principale modification concerne la question de la gestion des sites et sols pollués. Cette deuxième

édition suggère une approche à plusieurs niveaux, allant d’une évaluation simple à complexe, pour

évaluer l’impact de la pollution des eaux souterraines par les sols.
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NORME INTERNATIONALE ISO 15175:2018(F)
Qualité du sol — Caractérisation des sols pollués en
relation avec la protection des eaux souterraines
1 Domaine d’application

Le présent document fournit des recommandations relatives aux principes sous-jacents et aux

principales méthodes régissant l’évaluation des sites, des sols et des matériaux du sol, à leur rôle en

tant que source de pollution des eaux souterraines et à leur fonction de rétention, d’émission et de

transformation des polluants. Il est axé sur la gestion des sites et sols pollués ainsi que sur l’identification

et l’énumération des stratégies de surveillance et des méthodes d’échantillonnage, de traitements des

sols et d’analyses applicables.
2 Références normatives
Le présent document ne contient aucune référence normative.
3 Termes et définitions

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

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

normalisation, consultables aux adresses suivantes:

— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https: //www .iso .org/obp;

— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http: //www .electropedia .org/.
3.1
formation aquifère

formation géologique (couche ou strate) contenant de l’eau, constituée d’une roche perméable ou d’un

matériau non consolidé (sable et gravier, par exemple) capable de fournir d’importantes quantités d’eau

[SOURCE: ISO 5667-11:2009, 3.5]
3.2
contaminant
substance ou agent présent(e) dans le sol (3.10) du fait de l’activité humaine
Note 1 à l'article: Voir polluant (3.7).

Note 2 à l'article: La présente définition ne présuppose pas l’existence d’un risque dû à la présence du contaminant.

[SOURCE: ISO 11074:2015, 3.4.6, modifiée — une nouvelle Note 1 à l’article a été ajoutée et la note

suivante a été renumérotée]
3.3
carbone organique dissous
COD

concentration de carbone organique restant en solution après filtration et/ou centrifugation dans des

conditions définies
Note 1 à l'article: Cette concentration est exprimée en mg/l ou en g/m .
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ISO 15175:2018(F)
3.4
eaux souterraines

eau dans la zone saturée d’une formation géologique souterraine ou d’un dépôt artificiel tel que des

matériaux de remblayage

[SOURCE: ISO 5667‑11:2009, 3.9, modifiée — le texte «et/ou non saturée» a été supprimé]

3.5
surface des eaux souterraines
nappe d’eau limite supérieure des eaux souterraines (3.4)
[SOURCE: ISO 11074:2015, 3.2.4]
3.6
eau de percolation
eau d’infiltration qui descend dans l’espace poral sous l’effet de la gravité
[SOURCE: ISO 11074:2015, 3.2.5]
3.7
polluant

substance ou agent présent(e) dans le sol (3.10) [ou les eaux souterraines (3.4)] qui, du fait de ses

propriétés, de sa quantité ou de sa concentration, a des effets préjudiciables sur les fonctions du sol

(3.11) ou l’usage du sol

[SOURCE: ISO 11074:2015, 3.4.18, modifiée — le texte «ou l’usage du sol» a été ajouté]

3.8
eau interstitielle
eau présente dans les pores ou les cavités d’une masse de roche ou de sol (3.10)

[SOURCE: ISO 5667‑11:2009, 3.18, modifiée — le texte «eau qui remplit les pores» a été remplacé par

«eau présente dans les pores»]
3.9
évaluation du risque

processus d’analyse et d’évaluation des effets préjudiciables sur les humains et l’environnement, eu

égard à la nature, à l’étendue et à la probabilité d’occurrence de ces effets

[SOURCE: ISO 11074:2015, 5.2.26, modifiée — le texte «effets préjudiciables sur l’homme» a été

remplacé par «effets préjudiciables sur les humains»]
3.10
sol

couche supérieure de la croûte terrestre composée de particules minérales, de matière organique,

d’eau, d’air et d’organismes vivants

Note 1 à l'article: Dans une acception plus large relevant du génie civil, le terme «sol» inclut l’horizon superficiel

et le sous-sol; les dépôts tels que les argiles, limons, sables, graviers, gravillons, pierres, ainsi que la matière

organique et les dépôts tels que la tourbe; les matériaux d’origine anthropique tels que les déchets; les gaz et

l’humidité du sol; et les organismes vivants.

[SOURCE: ISO 11074:2015, 2.1.11, modifiée — le texte «transformée par des processus climatiques,

physico‑chimiques et biologiques» et «organisée en horizons de sols génériques» a été supprimé]

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ISO 15175:2018(F)
3.11
fonctions du sol
description de l’importance des sols (3.10) pour l’homme et l’environnement

EXEMPLE Le contrôle des cycles des substances et de l’énergie en tant que compartiments des écosystèmes,

le support vital pour les plantes, les animaux et l’homme, le support pour la stabilité des immeubles et des

chaussées, la base des productions agricole, horticole et forestière, le réservoir de gènes, le témoin de l’histoire

naturelle, le témoin des traces archéologiques et paléoécologiques.
[SOURCE: ISO 11074:2015, 3.3.31]
3.12
gaz du sol
gaz et vapeur présents dans l’espace poral du sol (3.10)
[SOURCE: ISO 11074:2015, 2.1.13]
3.13
matériau du sol

comprend de la terre excavée, des matériaux de dragage, des matériaux artificiels, des sols traités et

des matériaux de remblayage

[SOURCE: ISO 11074:2015, 7.4.16, modifiée — le texte «matériau constitué par» a été supprimé]

3.14
pores du sol
volume entre les particules solides du sol (3.10)
[SOURCE: ISO 11074:2015, 2.1.14]
3.15
eau du sol
totalité de l’eau de la zone non saturée (3.17)
[SOURCE: ISO 11074:2015, 3.2.7, modifiée — le texte «et saturée» a été supprimé]
3.16
carbone organique total
COT
ensemble du carbone présent dans la matière organique
[SOURCE: ISO 11074:2015, 2.1.22]
3.17
zone non saturée

partie d’une zone aquifère (3.1) dans laquelle les espaces poreux de la formation ne sont pas totalement

remplis d’eau
[SOURCE: ISO 6107-2:2006, 150]
4 Généralités

Les sols ont une importance centrale dans le cycle de l’eau car leurs fonctions de stockage et de filtration

ont une influence durable sur le bilan hydrologique et la qualité des eaux souterraines. Dans ce contexte,

une attention particulière doit être portée aux fonctions suivantes:

— filtration mécanique (rétention des boues en suspension et des particules de polluants);

— filtration chimique (sorption et mobilisation des substances);
— transformation (dégradation ou transformation des substances).
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ISO 15175:2018(F)

NOTE La phase liquide est le plus souvent uniquement constituée d’eau mais des phases pures peuvent

parfois être présentes sous forme de phase séparée.

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

et la phase gazeuse. Le rapport entre ces trois phases et leurs compositions respectives varient dans de

grandes proportions en fonction du temps et de l’espace.

L’évaluation de la pollution affectant la qualité des eaux souterraines requiert une très bonne

compréhension des processus fondamentaux et des réactions des composés potentiellement toxiques

dans les sols. Les polluants sont transférés entre les trois phases des sols en fonction des propriétés des

substances chimiques et du sol. Il convient donc d’adapter les stratégies d’évaluation des risques pour

les eaux souterraines dus à la pollution du sol en fonction des polluants considérés, et de tenir compte

des propriétés du sol qui régissent principalement les fonctions de filtration, de rétention, d’émission et

de transformation.

Les polluants volatils, essentiellement les composés organiques volatils (COV), sont susceptibles de

migrer dans la zone non saturée sous forme gazeuse. La connaissance de la qualité des gaz du sol dans

la zone non saturée permet de détecter une pollution avant qu’elle n’atteigne la zone saturée, ainsi

qu’une pollution dans la zone saturée.

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

polluants dans les sols, il convient également d’évaluer les différents modes de pénétration des polluants

dans les sols lors de l’élaboration de stratégies adaptées d’évaluation du risque de pollution des eaux

souterraines. La pollution des sols et des eaux souterraines peut provenir de différentes sources, à des

échelles spatiales variées, comme le montre la Figure 1.
Légende
1 décharge de déchets solides
2 fuite industrielle dans les cours d’eau
3 système de drainage de sites industriels
4 fuites de réservoirs de stockage
5 assainissement non collectif
6 système de drainage de fermes
7 fuites d’égouts
8 bassins d’épuration
9 agriculture intensive

Figure 1 — Sources courantes de pollution des eaux souterraines (ciblées sur la gestion des

[1]
sites et sols pollués)

À l’échelle régionale ou à plus grande échelle, la pollution des sols est provoquée, par exemple, par

des dépôts d’origine atmosphérique, secs ou humides. La pollution observée dans ces cas présente

un caractère généralement diffus avec un niveau de pollution relativement modéré. À l’échelle

locale, différents types de sources ponctuelles peuvent provoquer des pollutions du sol et des eaux

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ISO 15175:2018(F)

souterraines de toutes natures et de toutes ampleurs. Dans le cas de polluants non miscibles (par

exemple les hydrocarbures), la majeure partie de la pollution forme une phase liquide séparée de l’eau.

Une fraction est soluble et capable de migrer vers les eaux souterraines. Dans la zone non saturée, une

autre fraction peut se retrouver en phase vapeur. Selon sa densité relative dans l’eau, le comportement

du polluant est très différent. Les liquides non aqueux légers (LNAPL) ont une masse volumique plus

faible et les liquides non aqueux denses (DNAPL) ont une masse volumique plus élevée que celle de

l’eau. La plupart des sources ponctuelles de pollution peuvent également être considérées comme des

sources diffuses hors site de pollution des eaux souterraines. Il est évident que des scénarios différents

de pollution en fonction des sources de pollution et de l’échelle de la pollution nécessitent des stratégies

d’investigation différentes concernant l’impact sur les eaux souterraines. Par ailleurs, l’évaluation de

l’impact sur les eaux souterraines dépend du système aquifère: libre ou captif, et du type de porosité:

milieux poreux, milieux fracturés ou environnement karstique. Il n’existe actuellement aucun principe

uniforme régissant l’investigation et l’évaluation des sols et sites pollués en relation avec la protection

des ressources en eau.

Les stratégies d’investigation peuvent être simples ou complexes. Les approches simples ou qualitatives

font le plus souvent appel à l’évaluation, par exemple, du risque potentiel de lixiviation de produits

chimiques à travers le sol vers les eaux souterraines. Contrairement aux approches complexes ou

quantitatives, le niveau de pollution réelle du sol n’est pas pris en compte. Des approches de ce type

peuvent également être utilisées pour, par exemple, hiérarchiser des zones plus étendues en fonction

de leur capacité à protéger de la pollution les ressources en eaux souterraines, ou en guise d’étape

préliminaire dans l’évaluation d’un site pollué.

Pour évaluer l’impact sur site d’une pollution particulière du sol sur les eaux souterraines, des approches

quantitatives basées sur des modes opératoires spécifiques d’investigation sur site, incluant des

mesures en laboratoire et/ou sur le terrain, doivent être utilisées. Les mesures en laboratoire peuvent

comprendre des analyses physiques, chimiques et biologiques et des essais de lixiviation. Il convient

que les évaluations de cette nature tiennent également compte de la concentration de fond naturelle

d’une substance et de toute autre condition naturelle influençant l’impact sur les eaux souterraines.

Les évaluations de l’impact sur les eaux souterraines intègrent souvent un aspect temporel car il se

peut que l’impact réel ne soit pas mesurable au moment de l’investigation, mais le devienne à un certain

moment dans le futur.

Les évaluations dépendent également de l’objectif des investigations, par exemple:

— la préservation des fonctions du sol visant à éviter la pollution des eaux souterraines;

— la surveillance des sols et des eaux souterraines;
— l’évaluation du risque;
— le contrôle des mesures de dépollution.

La partie principale du présent document fournit une liste des méthodes applicables (voir l’Article 5).

Comme l’impact sur les eaux souterraines peut avoir un impact sur les eaux de surface, cet aspect

peut, dans certains cas, s’avérer pertinent dans le cadre d’une évaluation globale de l’impact. Cette

problématique n’est pas traitée de manière explicite dans le présent document.
5 Évaluation des apports directs et indirects dans les eaux souterraines
5.1 Généralités

Une condition préalable à l’évaluation du transfert entre le sol et les eaux souterraines est la

détermination des caractéristiques physiques, chimiques et biologiques pertinentes des sols et des

caractéristiques hydrologiques du site. Il est donc nécessaire de recueillir au préalable des données

pour évaluer la source de pollution en fonction du type et du degré de pollution et de l’étendue de la

(des) source(s).
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Il est également nécessaire de décrire le sol qui est impacté par la source de pollution ainsi que les

facteurs ayant une incidence sur l’impact sur les eaux souterraines, par exemple sa géométrie, ses

conditions hydrauliques et les processus chimiques et biologiques naturels. En fait, de nombreux

processus se produisant dans le sol (processus physiques, chimiques et biologiques) peuvent influencer

l’impact sur les eaux souterraines.

Les processus concernés sont représentés schématiquement à la Figure 2 et une description des

paramètres pertinents est donnée dans le Tableau 1.

Figure 2 — Schéma illustrant le compartiment du sol couvert par le mode opératoire

[2]

d’évaluation et les processus influençant l’impact de la pollution sur les eaux souterraines

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

pédologie (structure du sol, par exemple), les horizons lithologiques de la roche mère, l’hydrogéologie

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

biologiques (présence de substrat, par exemple). La zone d’étude pour l’évaluation de l’impact dépend

de nombreux facteurs, tels que:
— l’origine de la pollution: source diffuse ou ponctuelle;

— le type et les caractéristiques des polluants (solubilité et rémanence, par exemple);

— le type (consolidé, non consolidé, sédimentaire/métamorphique/igné, fracturé, karstique, double

porosité, etc.) et les caractéristiques de l’aquifère (homogène/hétérogène, isotrope/anisotrope,

stratification, fissuration, confinement, dispersivité, vitesse, etc.);

— l’usage de l’aquifère (alimentation en eau potable ou en eau industrielle, par exemple) et relations

entre l’aquifère et les eaux de surface (lacs, rivières, etc.).
5.2 Principaux processus dans le sol

Le transport des polluants dans la zone non saturée dépend non seulement du transport de l’eau par

percolation, mais aussi d’un certain nombre de processus biologiques, physiques et chimiques. La nature

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des processus considérés comme importants dans un contexte donné dépend du type de polluants et

de l’état réel du sol. Une vue d’ensemble des paramètres du sol et des polluants en lien avec le transport

des polluants est présentée dans le Tableau 1.

L’âge de la pollution influe sur différents processus dans le sol: diminution de la dégradation et de la

mobilité, augmentation de la sorption et de la viscosité. Il convient de tenir compte de ce paramètre

dans l’évaluation de l’impact.

Tableau 1 — Exemples de paramètres relatifs au sol et aux polluants en lien avec différents

processus dans le sol
Exemples de paramètres des
Processus Exemples de paramètres du sol
polluants

Transport de masse de Conductivité hydraulique, degré de saturation, Solubilité, volatilité, densité,

polluants porosité, distribution des tailles de pores, fonc- viscosité
tions de rétention de l’eau dans le sol, perméabi-
Adsorption/sorption
lité relative, saturation résiduelle, mouillabilité,
tension de surface, pression capillaire, tortuosité
Transport des polluants
dans l’eau:
Advection Gradient de pression, conductivité hydraulique,
porosité

Dispersion/diffusion Dispersivité, vitesse de l’eau interstitielle Coefficient de diffusion

Transfert par densité Vitesse de l’eau interstitielle, stratification du sol Densité du liquide

Viscosité
Dispersion, variations de densité

Écoulement préférentiel Distribution des tailles de pores, taille des fis- Viscosité, densité, coefficient

sures et des macropores, connectivité de diffusion
Dispersion, variations de densité

Volatilisation Teneur en eau, température, teneur de la phase Pression de vapeur, constante

chimique de Henry

Transport en phase gazeuse Teneur en eau, tortuosité, différences de pressions Coefficient de diffusion

Dissolution de composés Conductivité hydraulique, tortuosité, teneur en Solubilité, composition de la

organiques eau phase chimique

Dissolution de composés Conductivité hydraulique, tortuosité, teneur en Produits de solubilité

inorganiques eau

Précipitation pH, redox, autres éléments, teneur en eau Produit de solubilité, constante

de complexation

Complexation pH, concentration en ligands, carbone organique Constante de stabilité des

dissous (COD) complexes

Échange ionique Capacité d’échange cationique, force ionique, Valence, degré d’hydratation

autres cations, pH

Sorption de composés pH, teneur en matière organique, teneur en Coefficient de répartition octa-

organiques argile et minéralogie, surface spécifique nol/eau, coefficient de sorption

Sorption de composés inor- pH, teneur en matière organique, teneur en Coefficient de sorption

ganiques argile et minéralogie, surface spécifique, oxyde
peu cristallisé (en série rapprochée) et gels
d’oxydes hydratés
Dégradation
Abiotique Redox, pH, température Présence de substrat primaire,
dégradabilité, toxicité pour les
Biotique Micro-organismes, redox, substrat, pH, tempéra-
micro-organismes
ture, teneur en eau
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5.3 Modes opératoires d’évaluation de l’impact

Pour effectuer la description de la source et du sol, il est nécessaire de définir:

— les stratégies d’évaluation des paramètres spécifiques au site;
— les stratégies d’échantillonnage;
— les stratégies d’analyse et d’essai;
...

Questions, Comments and Discussion

Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.