ISO 11504:2012
(Main)Soil quality — Assessment of impact from soil contaminated with petroleum hydrocarbons
Soil quality — Assessment of impact from soil contaminated with petroleum hydrocarbons
ISO 11504:2012 gives recommendations 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 11504:2012 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 11504:2012 does not set criteria or guidelines for use as assessment criteria, since this is typically a national or regional regulatory issue. This International Standard 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
L'ISO 11504:2012 donne des recommandations 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. L'ISO 11504:2012 inclut 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. L'ISO 11504:2012 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. Elle 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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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 11504
First edition
2012-06-01
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 11504:2012(E)
©
ISO 2012
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ISO 11504:2012(E)
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Published in Switzerland
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ISO 11504:2012(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Principle . 3
5 Recommendation of relevant fractions and individual compounds . 4
5.1 General . 4
5.2 Fractions . 4
5.3 Individual compounds . 4
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 . 8
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 .12
8.1 General .12
8.2 Issues related to analysis .13
Annex A (informative) Physico-chemical properties of different petroleum hydrocarbons.15
Annex B (informative) Examples of suggested tolerated concentrations 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
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ISO 11504:2012(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International
Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 11504 was prepared by Technical Committee ISO/TC 190, Soil quality, Subcommittee SC 7, Soil and
site assessment.
iv © ISO 2012 – All rights reserved
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ISO 11504:2012(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.
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, must 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,
necessary 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 in respect of the potential health and environmental risks that they pose.
Although most petroleum hydrocarbons found in soil are of an 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 International Standard, except to note that a method 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 International Standard 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 must be 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 is it sufficient to analyse soil or is it necessary to obtain related values in other media as well
(pore water and pore gas).
There are three published International Standards covering the analysis of the range of petroleum
hydrocarbons of interest:
ISO 16703 can be used to measure mineral oil (C to C ) and ISO 22155 or ISO 15009 to measure
10 40
volatiles. However, revised methods are required to be able to properly measure the fractions and compounds
recommended for determination in this International Standard. ISO/TC 190 is developing International
Standards for methods of analysis designed to be compatible with the recommendations provided in this
International Standard.
© ISO 2012 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 11504:2012(E)
Soil quality — Assessment of impact from soil contaminated
with petroleum hydrocarbons
1 Scope
This International Standard gives recommendations 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 International Standard 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 International Standard does not set criteria or guidelines for use as assessment criteria, since this is typically
a national or regional regulatory issue. This International Standard 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 referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document
(including any amendments) applies.
ISO 11074, Soil quality — Vocabulary
ISO 15009, Soil quality — Gas chromatographic determination of the content of volatile aromatic hydrocarbons,
naphthalene and volatile halogenated hydrocarbons — Purge-and-trap method with thermal desorption
ISO 15800, Soil quality — Characterization of soil with respect to human exposure
ISO 16703, Soil quality — Determination of content of hydrocarbon in the range C to C by gas chromatography
10 40
ISO 18512, Soil quality — Guidance on long and short term storage of soil samples
ISO 22155, Soil quality — Gas chromatographic determination of volatile aromatic and halogenated
hydrocarbons and selected ethers — Static headspace method
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, ISO 25177 and
the following apply.
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
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ISO 11504:2012(E)
3.3
boiling point
BP
point at which the vapour pressure of a liquid equals the external pressure acting on the surface of a liquid
NOTE Units: degrees Celsius.
3.4
carcinogen
substance that causes the development of malignant cells in animals or humans
3.5
compliance point
location (in, for example, 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 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 hydrocarbons with similar physico-chemical properties
NOTE In this International Standard: group of aromatic 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 a high or low temperature)
3.10
indicator compound
compound chosen to describe properties, primarily toxicity, of a petroleum mixture or fraction
NOTE This method is often used to assess carcinogenic compounds.
3.11
NSO compounds
organic compounds that contain nitrogen, sulfur and oxygen
NOTE NSO compounds occur in organic matter and crude oil. Asphaltenes are examples of NSO compounds. NSO
compounds can be separated from crude oil by polar solvents such as methanol.
3.12
partitioning
extent to which a compound of a hydrocarbon 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 Mineral oil is a colloquial term for petroleum hydrocarbons or petroleum products.
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ISO 11504:2012(E)
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 Examples are naphthalene, anthracene and phenanthrene.
3.15
surrogate compound
representative compound with toxicological and/or physical properties indicative of a hydrocarbon fraction,
which can therefore be used to represent the fraction in an exposure assessment
3.16
total petroleum hydrocarbons
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 point of compliance (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.
This International Standard 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.
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ISO 11504:2012(E)
5 Recommendation of 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
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 exposure can be carried
out using surrogate physico-chemical properties for 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 also have to be assessed 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
[30]
percentages and then using their properties. The first method is the one utilized by TPHCWG . The other
[12]
method is used, for instance, 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 — Recommended 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 Depending on the available knowledge concerning the contaminant situation on the site in question, not all
fractions may be relevant on a specific site.
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.
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ISO 11504:2012(E)
Table 2 — Recommendations for individual compounds to be included
in assessments (the list is not comprehensive)
Non-threshold compounds Threshold compounds
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 Other PAHs are potentially of concern and can be included if found relevant at the specific site.
Other compounds of this type include compounds containing nitrogen, sulfur and oxygen (NSO-compounds)
that can also be found in petroleum hydrocarbon mixtures (e.g. benzo[b]thiophen, 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 ester (FAME)]. These may have different environmental fate and characteristics,
such as a higher solubility, a lower biodegradability or lowest 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.
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ISO 11504:2012(E)
Table 3 — List of NSO-compounds and additives to be assessed if relevant
NSO-compounds
Benzo[b]thiophene
Dibenzofuran
Dibenzothiophene
Acridine
Carbazole
Aniline
Dimethyl disulfide
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)
Tert-amyl methyl ether (TAME)
Amino ethyl ethanolamine
Diethylene triamine (DETA)
Ethylene diamine
Tetraethylenepentamine (TEPA)
1,2-dibromoethane
1,2-dichloroethane
It should be noted that other compounds can be relevant at a specific site (e.g. lead additives and fuel dyes).
There are potentially 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 usually are regulated nationally or regionally, this International Standard does not give recommendations
with respect to such criteria/guidelines.
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) refers 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 will vary depending on
the analytical method used to measure them.
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 International Standard improves 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 be either aliphatic or aromatic hydrocarbons or a
mixture of both plus the addition of other organic and inorganic compounds (e.g. naturally occurring NSO
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ISO 11504:2012(E)
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 Monoaromatics Diaromatics Cycloaromatics
Cyclo- Polycyclic
alkanes aromatic
hydrocarbons
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) or 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 by fractionation through distillation and thereafter by a number of thermal and catalytic processes.
The distillation fractions are conventionally described by the carbon number range of straight chain n-alkanes
in the fraction, e.g. C to C .
6 10
Examples of typical products based on petroleum hydrocarbons are given in Table 5 that also shows the
carbon number ranges and boiling point ranges of some common petroleum products.
Table 5 — Typical products based on petroleum hydrocarbons
with approximate carbon number and boiling point ranges
Petroleum Alkane carbon Boiling point
fuel mixture number ranges range
Compound classes
°C
a
Gasoline C to C 20 to 200 High concentrations of BTEX compounds
4 12
Mono-aromatics and branched alkanes
Lower concentrations of n-alkanes, alkenes, cyclo-alkanes
and naphthalenes
Very low concentrations of PAHs
Diesel C to C 200 to 300 High concentrations of n-alkanes
8 21
Lower concentrations of branched alkanes, cyclo-alkanes,
mono-aromatics, naphthalenes and PAHs
Very low concentrations of BTEX compounds
Fuel oil C to > C 150 to 700 High concentrations of n-alkanes and cyclo-alkanes
12 40
Lower concentrations of naphthalenes and PAHs
Very low concentrations of BTEX compounds
Motor oils C to > C 200 to 750 High concentrations of branched alkanes and cyclo-alkanes
18 34
Very low concentrations of BTEX compounds and PAHs
Crude oil C to > C — High concentrations of n-alkanes, branched alkanes and
1 40
cyclo-alkanes
Lower concentrations of BTEX compounds, PAH without
naphthalenes
Variable concentrations of NSO compounds
a
BTEX compounds = benzene, toluene, ethylbenzenes and xylenes.
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ISO 11504:2012(E)
After their release to the environment, the petroleum hydrocarbons partition to different extents between a liquid oil
phase (non-aqueous-phase liquid) and the soil, water and air phase in the soil matrix. The partitioning is dependent
on the physico-chemical properties of the compounds or groups of compounds. In addition, the composition
of a petroleum hydrocarbon mix changes over time due to preferential volatilization or dissolution of certain
components, or due to the effects of biodegradation, both in the original spill and in the different compartments of
the soil matrix. The composition of specific oil contamination in soil, apart from the properties of the hydrocarbons
in the mixture, also depends on soil and water chemistry and degrada
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 11504
Première édition
2012-06-01
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 11504:2012(F)
©
ISO 2012
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ISO 11504:2012(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2012
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de l’ISO à l’adresse ci-après ou du comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Publié en Suisse
ii © ISO 2012 – Tous droits réservés
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ISO 11504:2012(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 Recommandations relatives aux fractions et composés individuels pertinents . 4
5.1 Généralités . 4
5.2 Fractions . 4
5.3 Composés individuels . 4
6 Hydrocarbures pétroliers dans le sol . 6
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 . 9
7.3 Méthodes d’évaluation de l’exposition .10
7.4 Méthodes d’évaluation de la toxicité .10
7.5 Relations entre les fractions huileuses dans différents milieux d’exposition . 11
8 Questions relatives à l’échantillonnage et à l’investigation .14
8.1 Généralités .14
8.2 Questions relatives à l’analyse .14
Annexe A (informative) Propriétés physico-chimiques de différents hydrocarbures pétroliers .16
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
© ISO 2012 – Tous droits réservés iii
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ISO 11504:2012(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales,
en liaison avec l’ISO participent également aux travaux. L’ISO collabore étroitement avec la Commission
électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI, Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d’élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication
comme Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins des comités membres votants.
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de droits
de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne pas avoir
identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L’ISO 11504 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 190, Qualité du sol, sous-comité SC 7, Évaluation
des sols et des sites.
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ISO 11504:2012(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.
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 (HPT) 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 nécessaire 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 en raison des
risques sanitaires et environnementaux potentiels qu’ils présentent.
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 (par exemple tourbe et charbon).
Les méthodes d’analyse traditionnellement utilisées pour mesurer les hydrocarbures pétroliers totaux (HPT) ont
tendance à mesurer les substances naturelles comme des HPT. Cette question n’est pas traitée dans la présente
Norme internationale; il convient seulement de remarquer que l’utilisation d’une méthode de 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 de la présente Norme internationale 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 doivent s’appuyer 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).
Trois Normes internationales publiées traitent de l’analyse de la gamme d’hydrocarbures pétroliers d’intérêt:
L’ISO 16703 peut être utilisée pour mesurer les huiles minérales (C à C ) et l’ISO 22155 ou l’ISO 15009
10 40
pour mesurer les composés volatils. Des méthodes révisées sont toutefois nécessaires pour permettre de
mesurer correctement les fractions et les composés dont le dosage est recommandé dans la présente Norme
internationale. L’ISO/TC 190 est en train d’élaborer des Normes internationales concernant des méthodes
d’analyse mises au point pour être compatibles avec les recommandations données dans la présente Norme
internationale.
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NORME INTERNATIONALE ISO 11504:2012(F)
Qualité du sol — Évaluation de l’impact du sol contaminé avec
des hydrocarbures pétroliers
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale donne des recommandations 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.
La présente Norme internationale inclut 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.
La présente Norme internationale 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. La présente Norme internationale 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 de référence suivants sont indispensables pour l’application du présent document. Pour les
références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence (y compris les éventuels amendements) s’applique.
ISO 11074, Qualité du sol — Vocabulaire
ISO 15009, Qualité du sol — Détermination par chromatographie en phase gazeuse des teneurs en
hydrocarbures aromatiques volatils, en naphtalène et en hydrocarbures halogénés volatils — Méthode par
purge et piégeage avec désorption thermique
ISO 15800, Qualité du sol — Caractérisation des sols relative à l’exposition des personnes
ISO 16703, Qualité du sol — Dosage des hydrocarbures de C à C par chromatographie en phase gazeuse
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ISO 18512, Qualité du sol — Lignes directrices relatives au stockage des échantillons de sol à long et à court termes
ISO 22155, Qualité du sol — Dosage des hydrocarbures aromatiques et halogénés volatils et de certains
éthers par chromatographie en phase gazeuse — Méthode par espace de tête statique
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,
l’ISO 25177 ainsi que les suivants s’appliquent.
3.1
hydrocarbure aliphatique
composé carboné acyclique ou cyclique, saturé ou insaturé, à l’exclusion des composés aromatiques
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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
PE
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 Unités: 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 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 d’hydrocarbures aromatiques et/ou aliphatiques ayant des propriétés physico-chimiques similaires
NOTE Dans la présente Norme internationale: groupe de composés aromatiques 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
NOTE Cette méthode est souvent utilisée pour évaluer les composés carcinogènes.
3.11
composés NSO
composés organiques contenant de l’azote, du soufre et de l’oxygène
NOTE 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.
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3.12
répartition
degré de séparation d’un composé d’un mélange d’hydrocarbures 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 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 Des exemples sont le naphtalène, l’anthracène et le phénanthrène.
3.15
composé de substitution
composé représentatif dont les propriétés toxicologiques et/ou physiques 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 le milieu d’observation étudié (tel 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 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.
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La présente Norme internationale 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 Recommandations relatives aux 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
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 relatifs aux hydrocarbures pétroliers totaux
[30]
(TPHCWG) . L’autre méthode est utilisée, par exemple, dans l’outil d’évaluation de l’exposition développé
[12]
par l’l’Agence pour la protection de l’environnement 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.
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 modèle conceptuel du site concerné n’en montrent l’inutilité. Le Tableau 2 donne la
liste des composés spécifiques qu’il est recommandé d’inclure.
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Tableau 1 — Fractions d’hydrocarbures pétroliers recommandées 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 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.
Tableau 2 — Recommandations relatives aux composés individuels à inclure
dans les évaluations (la liste n’est pas exhaustive)
Composés sans seuil d’effet Composés à seuil d’effet
Benzène n-Hexane
Benzo[a]pyrène Toluène
Benz[a]anthracène Éthylbenzène
Benzo[b]fluoranthène Xylènes
Benzo[k]fluoranthène Styrène
Benzo[ghi]pérylène Naphtalène
Chrysène Méthylnaphtalènes
Coronène Anthracène
Dibenz[a,h]anthracène Fluoranthène
Indeno[1,2,3-c,d]pyrène Phénanthrène
Pyrène
NOTE D’autres HAP peuvent présenter un intérêt et être inclus s’ils sont jugés pertinents sur le site spécifique.
D’autres composés de ce type incluent les composés contenant de l’azote, du soufre et de l’oxygène (composés
NSO), qui peuvent se trouver également dans les mélanges d’hydrocarbures pétroliers (par exemple benzo[b]
thiophène, carbazole). De nombreux produits à base d’hydrocarbures pétroliers contiennent également des
additifs de différents types spécifiques aux produits [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 très 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. Les composés ne sont pas
forcément tous pertinents pour tous les sites.
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Tableau 3 — Liste des composés NSO et des additifs à évaluer le cas échéant
Composés NSO
Benzo[b]thiophène
Dibenzofurane
Dibenzothiophène
Acridine
Carbazole
Aniline
Diméthyl disulphide
4-Méthyl aniline
4-Méthyl quinoline
Thiophène
Quinoline
Additifs
Éthyl tert-butyl éther (ETBE)
Méthyl tert-butyl éther (MTBE)
Éther diisopropylique (DIPE)
Méthanol
Éthanol
Butanol
Alcool butylique tertiaire (TBA)
Esters méthyliques d’acides gras (FAME)
Tert-amyl méthyl éther (TAME)
Amino-éthyl éthanolamine
Diéthylènetriamine (DETA)
Éthylènediamine
Tétraéthylènepentamine (TEPA)
1,2-Dibromoéthane
1,2-Dichloroéthane
Il convient de noter que d’autres composés peuvent être pertinents sur un site spécifique (par exemple les
additifs au plomb et les colorants de carburants). On dénombre potentiellement environ 14 000 composés
NSO différents dans le pétrole brut, appartenant à des groupes hétéroatomiques différents, par exemple les
asphaltènes, les acides carboxyliques et les oxygénates. Les composés proposés sont caractéristiques des
NSO trouvés sur des sites de déversement de carburants et d’essences, et autres sites similaires.
Dans les évaluations du risque basées sur la mesure des fractions et des composés individuels, il convient
d’utiliser les propriétés dont la liste figure à l’Annexe A, sauf en cas d’exigences différentes définies par les
juridictions locales. Étant donné que les critères d’acceptation et les valeurs indicatives font généralement
l’objet de réglementations nationales ou régionales, la présente Norme internationale ne donne aucune
recommandation concernant ces critères et ces valeurs.
6 Hydrocarbures pétroliers dans le sol
Lorsque l’on parle d’hydrocarbures pétroliers, il convient de noter la différence entre le terme «hydrocarbures
pétroliers» et le terme «hydrocarbures pétroliers totaux». Les hydrocarbures pétroliers (HCP) font généralement
référence aux composés contenant de l’hydrogène et du carbone qui proviennent du pétrole brut, tandis que
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les hydrocarbures pétroliers totaux (HPT) font référence à la quantité mesurable d’hydrocarbures à base de
pétrole dans une matrice environnementale et donc aux résultats effectifs obtenus par échantillonnage et
analyse chimique.
Les hydrocarbures pétroliers totaux (HPT) sont donc un terme défini à partir d’une méthode. En d’autres termes,
les estimations des concentrations en HPT varieront en fonction de la méthode d’analyse utilisée pour les mesurer.
Par le passé, cela a donné lieu à des incohérences significatives car les laboratoires ont des interprétations
différentes du terme «hydrocarbures pétroliers totaux». En définissant les fractions de HCP pour l’évaluation
du risque, la présente Norme internationale améliore la cohérence des résultats consignés et des évaluations
du risque lié aux HCP.
Les hydrocarbures pétroliers sont des constituants du pétrole brut, lequel, pour sa part, est la base de
production d’un grand nombre d’hydrocarbures/produits transformés. Le pétrole brut contient des hydrocarbures
aliphatiques et aromatiques, ainsi que des composants NSO, etc. Les produits d’hydrocarbures peuvent être
des hydrocarbures aliphatiques ou aromatiques, ou un mélange des deux, auxquels sont ajoutés d’aut
...
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