ISO 19258:2018
(Main)Soil quality — Guidance on the determination of background values
Soil quality — Guidance on the determination of background values
This document gives guidelines for the principles and main methods for the determination of background values for inorganic and organic substances in soils at a local/regional scale. The site scale is excluded. It gives guidelines for sampling and data processing strategies. It identifies methods for sampling and analysis. This document does not apply to the determination of background values for groundwater and sediments.
Qualité du sol — Recommandations pour la détermination des valeurs de fond
Le présent document fournit des lignes directrices concernant les principes et les principales méthodes de détermination des valeurs de fond relatives aux substances minérales et organiques présentes dans les sols, à l'échelle locale/régionale. L'échelle du site est exclue. Il fournit des lignes directrices en matière de stratégies d'échantillonnage et de traitement des données. Il identifie des méthodes d'échantillonnage et d'analyse. En revanche, le présent document ne s'applique pas à la détermination des valeurs de fond pour les eaux souterraines et les sédiments.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 19258
Second edition
2018-08
Soil quality — Guidance on the
determination of background values
Qualité du sol — Recommandations pour la détermination des
valeurs de fond
Reference number
©
ISO 2018
© ISO 2018
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Contents Page
Foreword .iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 General . 3
5 Procedures . 3
5.1 General . 3
5.2 Objectives and technical approaches . 4
5.2.1 General. 4
5.2.2 Substances and parameters . 4
5.2.3 Study area . 6
5.2.4 Time period . 6
5.2.5 Scale of sampling . 7
5.3 Evaluation of existing data . 7
5.3.1 General. 7
5.3.2 Completeness of data sets/minimum requirements . 7
5.3.3 Comparability of data (sampling, nomenclatures, analyses) . 8
5.3.4 Examination of outliers . 8
5.4 Collection of new data . 9
5.4.1 Sampling. 9
5.4.2 Soil analysis .13
5.5 Data processing and presentation.14
5.5.1 Statistical evaluation of data .14
5.5.2 Data presentation and reporting .15
6 Data handling/quality control .16
Annex A (informative) Outlier tests .18
Annex B (informative) Examples of the main substances and parameters .22
Bibliography .24
Foreword
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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.
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This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 190, Soil quality, Subcommittee SC 7,
Impact assessment.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 19258:2005), which has been technically
revised. The main changes compared to the previous edition are as follows:
— Clauses 2 and 3, and subclauses 5.3, 5.4, 5.4 and Annex B (formerly Annex C) have been completely
technically revised;
— 5.2.2 has been revised and the structure of its subclauses has been changed to 5.2.2.1, Basic
parameters, 5.2.2.2, Persistent compounds (split up into 5.2.2.2.1, Inorganic substances, and 5.2.2.2.2,
Organic substances), and 5.2.2.3 Non persistent compounds (added);
— text has been added to 5.2.5;
— “typological” has been replaced by “judgemental” throughout the document;
— “scale of sampling” has been deleted from Annex A;
— the Bibliography has been updated.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 19258:2018(E)
Soil quality — Guidance on the determination of
background values
1 Scope
This document gives guidelines for the principles and main methods for the determination of
background values for inorganic and organic substances in soils at a local/regional scale. The site scale
is excluded.
It gives guidelines for sampling and data processing strategies. It identifies methods for sampling and
analysis.
This document does not apply to the determination of background values for groundwater and
sediments.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 11074, Soil quality — Vocabulary
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 11074 and the following 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
background concentration
concentration of an element or a substance characteristic of a soil type in an area or region arising from
both natural sources and anthropogenic diffuse sources such as atmospheric deposition
[SOURCE: ISO 11074:2015, 3.5.1, modified — In the definition, “an element or” has been introduced
before “a substance” and “anthropogenic” has replaced “non-natural”. Note 1 to entry has been
removed.]
3.2
background value
statistical characteristics (3.8) of the total (natural pedo-geochemical and anthropogenic) content of a
substances in soil
Note 1 to entry: Commonly expressed in terms of average, typical, median, mode, a range of values or a
background value.
[SOURCE: ISO 11074:2015, 3.5.2, modified — Note 1 to entry has been added from ISO 11075:2014, 3.5.1.]
3.3
diffuse source input
input of a substance emitted from moving sources, from sources with a large area or from many sources
Note 1 to entry: In practice, two situations are commonly recognized: rural areas with diffuse source inputs
typically from land spreading and aerial deposition; and urban areas where the diffuse source inputs come
typically from traffic and industrial activities.
Note 2 to entry: Diffuse source input usually leads to sites that are relatively uniformly contaminated. At
some sites, the input conditions can nevertheless cause a higher local input, such as near the source or where
atmospheric deposition/rain is increased. Two types of main diffuse source input can be considered: one in rural
areas (e.g. atmospheric deposits, spreading); and one in urban areas (e.g. traffic, industries).
[SOURCE: ISO 11074:2015, 3.3.9, modified — Note 1 to entry has been replaced with new text. The last
sentence in Note 2 to entry has been added.]
3.4
pedo-geochemical concentration
concentration of a substance in a soil resulting from natural geological and pedological processes,
excluding any addition of anthropogenic origin
Note 1 to entry: It is difficult to determine the precise pedo-geochemical concentration of certain substances in
soil due to the presence of anthropogenic diffuse contamination.
3.5
pedo-geochemical background value
statistical characteristic (3.8) of the pedo-geochemical concentration (3.4)
Note 1 to entry: Any estimate of pedo-geochemical background value is prone to certain errors given the
uncertainty associated with determining the pedo-geochemical concentration.
[SOURCE: ISO 11074:2015, 3.5.9, modified — In the definition, “concentration” has replaced “content”.]
3.6
anthropogenic concentration
concentration of a substance in a soil resulting from anthropogenic origin
3.7
anthropogenic background value
statistical characteristic (3.8) of the anthropogenic background concentration (3.1) of a substance in soils
3.8
statistical characteristic
numerical value calculated from a variate (3.10) of a selected parameter of the population
EXAMPLE Mean, median, standard deviation, standard error, percentiles of the ordered frequency
distribution.
[SOURCE: ISO 11074:2015, 3.5.11, modified — “selected” has replaced “chosen” and “standard error”
has been added in the example.]
3.9
study area
three-dimensional definition of the area where samples are to be obtained from and, thus, for which the
background values (3.2) are to be determined
[SOURCE: ISO 11074:2015, 5.2.29]
3.10
variate
set of observed values of a variable
EXAMPLE Series of numbers of the concentration of a substance in soil; numerous, individual soil samples.
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4 General
Soils retain the evidence of their past history, including impacts due to natural events or human
activities. Chemical impacts related to human activities can be detected in soils all over the world, even
in regions far from any source of contamination. For this reason, the determination of background
values of inorganic and organic substances in soils consists of a pedo-geochemical fraction and an
anthropogenic fraction. The ratio of these fractions varies widely depending on the type of substances,
the type of soil and land use, and the kind and extent of external impacts.
For many inorganic substances, the background concentration is dominated by the pedo-geochemical
concentration and, consequently, by the mineralogical composition of the soils’ parent material.
Pedogenetic processes can lead to a redistribution (enrichment/impoverishment) and, consequently, to
a horizon-specific differentiation of the substances within a soil profile. Persistent organic substances
in soils originate more often from non-natural sources. Therefore, the background concentration of
soils is governed by the kind and extent of diffuse contamination from non-soil sources.
In practice, it is often difficult to distinguish clearly between the pedo-geochemical and the
anthropogenic fraction of the background concentration of soils. Nonetheless, a detailed knowledge of
the background concentration and its natural fraction for the substances of concern is essential for any
evaluation of the current status of soils for environmental or land use related aspects, as well as for
scientific purposes within the scope of pedology or geochemistry. To this end, so-called background
values in terms of the statistical characteristics of both the pedo-geochemical and the anthropogenic
fraction should be determined.
A variety of different objectives can be identified for the determination of background values of
inorganic and/or organic substances in soils. The objectives themselves provide insufficient information
to define the technical programme that will produce the desired background values. Thus, a number of
technical approaches should be defined, which together form the basis of the technical programme.
This guidance identifies:
— essential requirements of sampling strategies and procedures;
— minimum requirements regarding the necessary steps and ways of sample pretreatment;
— analytical methods;
— statistical evaluation procedures for determining sound and comparable background values.
Guidance is given on:
a) evaluating existing data from different data sources;
b) setting up investigation programmes to compile background values for a clearly defined three-
dimensional picture of the soil.
These situations represent the two extreme starting positions for the process of compiling background
values. In practice, there is also a third intermediate situation in which additional data are collected
because the quantity or quality of the existing data are insufficient.
5 Procedures
5.1 General
The procedures to determine background values encompass aspects of sampling (e.g. strategy,
procedure), soil analysis (e.g. pretreatment, extraction, measurement), data processing and
presentation. In general, two starting positions can be distinguished, namely:
a) the evaluation of existing data, mostly from different data sources;
b) the collection of new data based on an appropriate investigation strategy.
5.2 Objectives and technical approaches
5.2.1 General
Before commencing any survey on background values in soils, it is of crucial importance to define the
objective of the survey and the related technical approach.
The objective is, in general terms, the definition of “why” background values that are determined.
The technical approaches describe aspects such as the “where”, “what”, “how” and “when”. Together,
the technical approaches determine the technical programme that will provide the required
background values.
It should be noted that a technical approach that is fit for one objective will often be unfit for other
objectives.
The objectives for defining background values could be:
— to identify the current concentrations of substances in soils, e.g. in the context of soil-related
regulations;
— to assess the degree of contamination by human activities;
— to derive reference values for soil protection;
— to define soil values for reuse of soil material and waste;
— to calculate critical levels and tolerable additional critical loads;
— to identify areas/sites with atypically enhanced levels of chemical substance contents due to
geogenic reasons or human impact, etc.
In order to meet the objective, the technical approaches could include:
— definition of the substances and parameters, e.g. the background values to be estimated may be the
total metal concentration or the bioavailable metal concentration (see 5.2.2);
— definition of the study area, e.g. the (three-dimensional) definition of the area where samples are
obtained from, including a detailed description of what is to be considered as the study area, and
what is not (see 5.2.3);
— definition of the time period of interest, e.g. whether the historical or current concentration is
relevant for the objective (see 5.2.4);
— definition of the size and geometry of the area to be sampled at a sampling location (see 5.2.5);
— definition of the pretreatment of the sample (see 5.4.2.2) and the fraction of soil to be analysed.
5.2.2 Substances and parameters
5.2.2.1 Basic parameters
Background values can be determined for all kinds of inorganic and organic substances in soils, as well
as soil characteristics. In practice, the more persistent and immobile substances are of primary interest
because of their potential to adsorb and accumulate in the soil. Substances in which the concentration
can be influenced by remobilization and intrinsic biodegradation are of less significance.
As well as the substances of concern, basic soil parameters and site characteristics (see 5.4.1.3) should
be provided to assist in the interpretation of the concentrations of substances. A number of so-called
basic soil parameters influence soil processes that affect the concentrations of inorganic and organic
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substances. Table B.1 lists these parameters, which should be analysed in accordance with the given
International Standards.
5.2.2.2 Persistent compounds
5.2.2.2.1 Inorganic substances
Within the group of inorganic substances, trace elements (e.g. metals, micronutrients) are most often
analysed (see Table B.2). While constituting an urban geochemical background, it is recommended to
analyse the whole package listed in Table B.2; most of these elements are found with high values due to
human activities, but some minerals can appear with high value naturally.
Concerning the analytical methods, a distinction should be drawn between different extraction/
preparation methods (see Table B.2), as very few methods determine the total concentration that could
be needed, e.g. when calculating element stocks. Besides total concentrations, the (eco-) toxicologically
more relevant mobile fractions (see Table B.2) are of increasing interest, e.g. if pathway-related
questions are to be examined. An analysis of the parameters in Table B.2 should be carried out in
accordance with International Standards given in Table B.2.
5.2.2.2.2 Organic substances
Surveys on organic substances usually refer to persistent compounds. The persistent organic
contaminants listed in Table B.3 are some of the more commonly encountered, but the list is not complete.
Analysis should be carried out in accordance with the International Standards listed in Table B.3. The
list should be adapted according to the objectives of the determination of background values.
It is not recommended to sample and analyse non-persistent substances as they will not be detected
by the laboratory because of their behaviour (e.g. volatilization, high degradation). These kinds of
substances are normally analysed for detecting sources of contamination.
Various methods are used for the analysis of organic substances. The aim of these methods is usually to
extract the greatest possible quantity of organic substances from soils. It is important to recognize that
organic compounds can be extracted from naturally occurring organic materials (e.g. organic matter,
decaying vegetation, peat, charcoal), and that non-specific analyses, in particular, can, therefore, give
misleading results.
When collecting new data for determining background values, it is recommended that the investigation
programme be designed with regard to additional questions that could arise in future. In most cases,
carrying out new sampling campaigns is much more expensive than analysing additional substances
in the first place. To this end, suitable storage of soil samples for subsequent analyses of organic or
inorganic substances is of crucial importance. Besides the substances of concern (see Tables B.2 and
B.3) and additional soil parameters (see Table B.1), it is essential to provide a comprehensive site
description (see 5.4.1.3) for interpretation purposes. The documentation of all the actions taken is of
utmost importance if the data measured are to be of use for other assessments in future investigations.
NOTE Guidance on the storage of soil samples is provided in ISO 18512.
5.2.2.3 Non-persistent compounds
In some cases, generating background values on non-persistent substances could be of interest. Special
care should be taken when volatile, degradable organic substances or transformable, inorganic species
are the subject of the study. A detailed description and documentation of sampling and analysis is of
particular importance in such cases. Storage or archiving of samples is not recommended because of
the behaviour of such organic and inorganic species.
5.2.3 Study area
The definition of the study area (see 5.2.3) can be based on two different principles:
— a purely spatial definition (X, Y, Z), defining the contours of the study area by the coordinates within
which the study area lies; apart from the definition in a horizontal plane, the soil horizon of interest
that is to be studied should also be defined;
— a typological definition of the study area, based on one or more characteristics, e.g. soil type (such
as the A-horizon of a specific soil type), land use (also considering the potential effects on the
background values), elevation level.
It is possible, of course, to combine the spatial and typological definition of the study area.
EXAMPLE A combination of spatial and typological definitions of the study area could be:
— the grassland in a county or province;
— the A-horizon in an area defined by X- and Y-coordinates.
The definition of the study area should be detailed at a level where there cannot be any misinterpretation
of what is and what is not part of the study area. For an unambiguous definition of the study area, all
actual point and diffuse sources within the study area should be defined.
As the general objective is to determine background values, a safety zone around that (type of) source
can be defined, which thereby excludes parts of the more generally defined study area. There could also
be specific zones in which the data are considered separately from the rest of the study area.
Samples to be used for the determination of background values should not be taken from near potential
localized sources of contamination (e.g. roads, industrial sites).
The definition of the study area as described is independent of whether the soil samples are still to be
taken, or whether already existing soil samples (or results) are to be used. In the latter situation, the
detailed definition of the study area will define which samples/results are to be included or excluded.
5.2.4 Time period
Background values are influenced both by the natural processes (e.g. pedogenesis, biogeochemical
cycles) as well as by anthropogenic diffuse source input. Two different time scales can be distinguished:
— the period in which the background value can vary significantly due to natural processes;
— the period in which the background value will most probably only change due to human influences
(except for large scale natural phenomena).
The second period is generally smaller than the first one.
It could be that a specific historic period is of interest when measuring background values. When a
soil layer is formed during this same period, it is indeed possible to determine background values for a
certain time period.
When background values are to be re-determined after a period of time in order to determine if changes
occur, the time period between measurements should be based on the following (see also ISO 16133):
— the expected enrichment of substances in soils (accumulation, e.g. due to diffuse source input);
— the expected loss of substances in soils (e.g. due to leaching, biodegradation, plant uptake);
— changes in concentration level that can be determined both analytically and statistically.
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5.2.5 Scale of sampling
Variability in concentrations is, by definition, a scale-related characteristic. Depending on the volume
for which an analytical result is to be considered representative, the variability in concentrations
encountered could be different. The scale is, therefore, an important technical aspect on which a
decision is to be made prior to data collection.
The study will always involve a certain soil layer for depth. However, as in the horizontal plane, the
dimensions are much larger than in the vertical plane, the scale in soil surveys is most often defined in
a two-dimensional way.
The variability of the natural pedo-geochemical concentration and of the background concentration
often increases with the size of the study area (population), but decreases with the size of the
sample support (scale of sampling). Increasing the sampling support is a method that can reduce the
variability of the background concentration. However, increasing the sampling support often makes the
sampling more laborious and is only recommended under conditions where the sampling and sampling
preparation errors can be minimized. It is recommended to use the same scale of sampling if the natural
pedo-geochemical value is used to evaluate soil contamination. If the background values are used to
support delineation of contaminated land, it is recommended to use the same scale of sampling. For
large scale sampling support, composite sampling (see 5.4.1.6) is often preferred in order to avoid the
handling of excessively large amounts of soil.
5.3 Evaluation of existing data
5.3.1 General
When using existing data, specific care should be taken concerning the quality and comparability of
data, particularly if the data originate from different sources, by consideration of the measurement
uncertainty. Data with appropriate information should be harmonized in a step-wise procedure with
regard to the specific evaluation objectives. In general, the harmonization of data sets results in a
[36]
more or less significant reduction of the bias between the data sets . Harmonization of sample sets
is essential if sound and reliable evaluation of the combined data is to be achieved. The harmonization
strategy should include:
a) a check on the completeness of the data sets (including estimates of the uncertainty of each
measurement);
b) a harmonization of different sampling strategies, references, nomenclatures and analytical
procedures;
c) an identification and elimination of contaminated samples (excluded from the population of
background values by definition).
NOTE Natural anomalies of the pedo-geochemical background can generate high values that can appear
as contaminated samples. It is important to anticipate these cases with an accurate desk study in order to not
eliminate these samples.
5.3.2 Completeness of data sets/minimum requirements
In order to ensure a minimum level of data quality, sufficient and sound information about the data
should be provided, for example:
— the date of sampling;
— the procedure used to select sampling locations (plots);
— the scale of sampling (area or local);
— the site location (coordinates);
— the sampling depth intervals;
— the number and configuration of samples (e.g. regular grid, random sampling) taken at a sampling
location (plot);
— the method of sample preparation (e.g. dying, crushing, sieving);
— the method used to extract and analyse the components (including quality assurance data, estimate
of analytical uncertainty and detection limits in accordance with ISO 18400-106);
— the site-specific information (e.g. pedology/lithology, land use);
— the urban areas specificities (e.g. excavated materials).
This information can be used to screen the data on their suitability for the objective of compiling
background values.
The minimum information required about a data set depends, among other things, on the substances of
concern, the area, spatial reference to be considered and the approach pursued to achieve an adequate
spatial representation of the sampling location.
Apart from the information listed above, the type and degree of accuracy (e.g. of site-specific information)
depends on the soil and other parameters influencing the behaviour and, hence, the concentrations of
substances in the soil. For example, inorganic substances should be related at first priority to lithogenic
soil properties due to their predominant geogenic origin, whereas the concentration of organic
substances of soils is more strongly correlated to, for example, land-use-related parameters.
5.3.3 Comparability of data (sampling, nomenclatures, analyses)
Different sampling strategies can have a crucial impact on the comparability of data sets. Problems
arise, in particular, through the comparison of horizon versus depth level-related samples and that of
composite versus individual samples. In addition, the representative nature of the variate for a sample
population with regard to the same scale for an area should be taken into account. Also, an uneven
spatial distribution of the sampling points within an area can cause biased estimates of the parameters
of the frequency distribution due to an overestimation of some parts of the study area. Following an
initial review of the raw data on a map, an appropriate spatial interpolation method should be used.
Geographical information system (GIS) software is particularly useful for this task, especially for data
sets (see ISO 18400-104:—, 6.1 and Annex H). It is strongly recommended to carefully balance the
possible inaccuracies introduced by merging data sets from different campaigns with the advantage of
an increasing number of samples and, consequently, an increasing representation of a population.
The extent to which different sample pretreatments and analytical procedures (e.g. extraction,
measurements) can be compared and harmonized should be evaluated in each individual case (e.g.
against the intended accuracy of the background value). For all the substances, the analytical results
originating from different analytical procedures may be transformed by applying regression functions
or constants provided the respective relations are known. Alternatively, the analytical procedures
may be grouped roughly according to the operationally defined extracted fractions (see Table B.2).
If the ranges of classified background values as target variables are broader, the demands of data
comparability are lower. Nonetheless, the assessor should bear in mind that merging data sets analysed
by different analytical procedures invariably requires compromises to be made. By definition, the
background values are relatively low, except in natural high pedo-geochemical background zones. It
can be important to take into account detection and quantification limits of each device of analysis
when judging the comparability of data.
5.3.4 Examination of outliers
The background concentration of substances in soils includes the moderate diffuse input into the
soil. Therefore, locally contaminated sites and natural anomalies are excluded from the population of
background concentrations. Consequently, data obviously stemming from locally contaminated sites
should be identified and eliminated from the respective data set. The detection of data outliers and
unusual data behaviour is one of the main tasks in the statistical analysis of geochemical data. To
this end, several statistical tests for identifying outliers are applicable, e.g. tests on the distribution
8 © ISO 2018 – All rights reserved
of the data, exploratory data analysis (boxplots) and principle component analysis (see also 5.5.1.2.1
and Annex A). In practice, the use of the boxplot for preliminary class selection to display spatial data
structure in a map has proven to be a powerful tool for identifying the key geochemical processes
behind a data distribution. Different outlier tests are available (e.g. Dixon test, Grubbs test) and should
[37]
be chosen according to the relevant assumptions for the study . In the case of multidimensional data
(samples from different soil horizons), principal component analysis can be important if dimensional
reduction is possible on transformed data.
The removal of outliers has a significant effect on the resulting definition of the background value. The
statistical identification of an outlier by itself is insufficient for removing a high (or low) measurement
out of the database describing the background value. The statistical test does, however, provide a good
method of defining which data should be investigated in more detail, in order to see if an explanation
can be found for the high value to be an outlier. If such an explanation is found, the value is indeed an
outlier and should be eliminated. On the contrary, if the explanation shows that it is a natural anomaly,
the outlier is not eliminated, but the scale of the study should be reconsidered. For example, if there
was a few high values that are likely to be due to natural processes, the options are either to increase
the spatial scale of the study to confirm this hypothesis or to consider the use of zoning/depth interval
classifications (e.g. due to lithology/geology) to better differentiate between different background
populations.
5.4 Collection of new data
5.4.1 Sampling
5.4.1.1 Sampling strategy
5.4.1.1.1 General considerations
The natural pedo-geochemical concentration and the usual concentration of substances in soil vary
according to soil parent material. They also depend on soil horizons, as pedogenic processes modify and
redistribute components in soils, leading generally to the formation of several soil horizons that could
exhibit different compositions. These parameters can also influence the variation of concentrations
and should be considered: soil organic matter, soil sorption coefficient, carbonate content, particle size,
moisture content, cation exchange capacity, pH.
Land use and distance to contamination sources also influence the concentration of substances in soils.
Human activity modifies soil composition through agriculture, waste spreading, building, atmospheric
deposition from industry, households, traffic, etc. A sampling site is considered here as a small portion
of land, from a few square metres to about one hectare, where one sample of each of the soil layers or
horizons of interest is collected.
Two strategies for selecting the sampling sites within the study area are presented: the systematic
approach (5.4.1.1.2) and the judgemental approach (5.4.1.1.3). The choice of one of them is generally
influenced by the degree of pre-existing knowledge about the soil and land use. When relatively little
is known, the systematic approach is often more appropriate. However, these two approaches can
be considered as typical ones in the continuum of all possible strategies. Therefore, it is possible to
build an intermediate strategy, mixing some aspects of the systematic approach with others from
the judgemental one. This hybrid approach is recommended when investigating in urban areas: the
systematic approach allows optimization of the coverage of the area, while the judgemental approach
allows flexibility in the location of sampling points within each cell so as to be able to focus on available
soil surface and excluding (potentially) contaminated soil.
5.4.1.1.2 Systematic approach
The sampling locations are located using a grid. The interval between the grid points is dependent on
the resolution desired for the determination of the pedo-geochemical and/or background concentration.
In principle, the interval between the sampling locations should be such that the minimum number of
samples can be collected to represent each of the defined soil units. A square grid can be used, with
cells varying in size. Available monitoring recommendations should be considered.
For example, square cells with a 16 km, 5 km or 2,5 km side can be used at the scale of a country, while
square cells of a few hundred metres are more appropriate for the study at the level of a small area.
If sampling at a given grid point is rendered impossible due to buildings, roads, water surface or any
other reason, a new location may be chosen using a systematic procedure. For example, a deviation
may be permitted from the initial point by steps of a definite distance north, then east, then south and
finally west.
For each selected site, consider moving the sampling area if it is potentially highly contaminated by
nearby point sources, or in a pedo-geochemical way if any source could compromise the purpose of the
study (e.g. overhead power-lines should be avoided if the zinc concentration of soils is of interest).
Samples are collected from soil layers of definite depths or from a defined pedological horizon or
horizons. If the surface layers are contaminated by diffuse sources, the concentrations determined
indicate the background concentration in these soils. For relatively immobile substances (e.g. heavy
metals), the deep layers are generally uncontaminated (provided local contamination by point
sources can be excluded), and the respective substance concentration can be considered as the pedo-
geochemical concentration.
For urban areas, account should be taken of the possible excavation of soils for urban development.
Thus, samples should be taken from both superficial and deep soils that can be excavated during
construction or similar activities (typically up to 3,5 m deep).
A comprehensive site and soil description (see Table B.2) should be prepared at the same time as the
samples are taken.
NOTE Most of the time, the regular approach is used for the upper layer of the soil.
5.4.1.1.3 Judgemental approach
In the judgemental approach, the soil is stratified according to soil parent material (for inorganic
substances), soil type and land use. Potential sampling locations possibly highly contaminated by
adjacent point sources are rejected.
The judgemental approach needs detailed information about the area to be investigated. Information
(such as on geology, pedology, land use and sources of possible contamination) should be gathered and
evaluated in order to elaborate the sampling scheme. ISO 18400-203 gives guidance on such preliminary
investigations.
For inorganic substances, the first step of the stratification of the area refers to the soil parent materials.
Within each type of parent material stratum, the soil is stratified again on the basis of pedogenesis,
if this is considered to have markedly modified the distribution of substances in soil. Further
stratification (e.g. for organic substances) is related to land use. It is recommended to distinguish
between cultivated and forest soils and soil under meadow or spontaneous vegetation. On a local scale,
the best stratification is based on pedology (e.g. of the soil series), as this taxonomy level generally
explains most of the variation of the soil properties. Finally, the horizon to be sampled should be chosen.
Where there are no obvious horizons, the depth of sampling should be defined.
Within one stratum, the sampling locations should generally be chosen in such a way that the area is
covered representatively. The choice of the sampling sites can be carried out within each stratum using
a random or systematic sampling scheme.
NOTE Apart from the degree of pre-existing knowledge, the type of question largely determines the choice
between a random and a systematic sampling scheme. To estimate parameters of a frequency distribution of
the background concentrations, a random sampling approach is most appropriate. For mapping background
concentrations, in general, a (centred) regular grid is more appropriate.
10 © ISO 2018 – All rights reserved
5.4.1.2 Number of samples
Background values cannot be summarized in a central parameter such as the mean. The spatial
variability of concentrations in soil should be described as precisely as possible. The extent of the
skewness can be calculated and assessed to see whether an outlier is an issue or not. In the case of a
normal probability distribution, the number of samples necessary for the estimation of the standard
deviation is independent of the standard deviation of the population. It can be determined using Table 1,
which shows that a minimum number of 30 samples is necessary to estimate the standard deviation of
a normal population with acceptable reliabi
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 19258
Deuxième édition
2018-08
Qualité du sol — Recommandations
pour la détermination des valeurs de
fond
Soil quality — Guidance on the determination of background values
Numéro de référence
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ISO 2018
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y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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CH-1214 Vernier, Genève
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Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Généralités . 3
5 Modes opératoires . 4
5.1 Généralités . 4
5.2 Objectifs et approches techniques . 4
5.2.1 Généralités . 4
5.2.2 Substances et paramètres . 5
5.2.3 Zone d’étude . 6
5.2.4 Période. 7
5.2.5 Échelle d’échantillonnage . 7
5.3 Évaluation de données existantes . 7
5.3.1 Généralités . 7
5.3.2 Exhaustivité des ensembles de données/exigences minimales . 8
5.3.3 Comparabilité des données (échantillonnage, nomenclatures, analyses) . 9
5.3.4 Examen des valeurs aberrantes . 9
5.4 Collecte de nouvelles données .10
5.4.1 Échantillonnage .10
5.4.2 Analyse du sol .14
5.5 Traitement et présentation des données .15
5.5.1 Évaluation statistique des données .15
5.5.2 Présentation des données et rapport .17
6 Exploitation des données/contrôle qualité .17
Annexe A (informative) Tests de détection des valeurs aberrantes .19
Annexe B (informative) Exemples des substances principales et des paramètres associés .24
Bibliographie .26
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 www .iso .org/avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 190, Qualité du sol, sous-comité SC 7,
Évaluation de l'impact.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 19258:2005), qui a fait l’objet d’une
révision technique. Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont les suivantes:
— les Articles 2 et 3, et les paragraphes 5.3, 5.4, ainsi que l’Annexe B (auparavant Annexe C) ont fait
l’objet d’une révision technique complète;
— 5.2.2 a fait l’objet d’une révision et la structure de ses paragraphes a été modifiée en 5.2.2.1,
Paramètres de base, 5.2.2.2, Composés persistants (divisé en 5.2.2.2.1, Substances minérales, et
5.2.2.2.2, Substances organiques), et 5.2.2.3 Composés non persistants (ajouté);
— du texte a été ajouté à 5.2.5;
— le terme «typologique» a été remplacé par «orienté» dans tout le document;
— l’expression «échelle d’échantillonnage» a été supprimée dans l’Annexe A;
— la Bibliographie a été mise à jour.
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NORME INTERNATIONALE ISO 19258:2018(F)
Qualité du sol — Recommandations pour la détermination
des valeurs de fond
1 Domaine d’application
Le présent document fournit des lignes directrices concernant les principes et les principales méthodes
de détermination des valeurs de fond relatives aux substances minérales et organiques présentes dans
les sols, à l’échelle locale/régionale. L’échelle du site est exclue.
Il fournit des lignes directrices en matière de stratégies d’échantillonnage et de traitement des données.
Il identifie des méthodes d’échantillonnage et d’analyse.
En revanche, le présent document ne s’applique pas à la détermination des valeurs de fond pour les eaux
souterraines et les sédiments.
2 Références normatives
Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des
exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 11074, Qualité du sol — Vocabulaire
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de ISO 11074, ainsi que les 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
concentration de fond
concentration d’un élément ou d’une substance caractéristique d’un type de sol dans une zone ou région
donnée, due à la fois aux sources naturelles et aux sources diffuses anthropiques telles que les dépôts
atmosphériques
[SOURCE: ISO 11074:2015, 3.5.1, modifiée — Dans la définition, l’expression «d’un élément ou» a été
insérée devant «une substance» et «anthropiques» a remplacé «non naturelles». La Note 1 à l’article a
été supprimée.]
3.2
valeur de fond
caractéristique statistique (3.8) de la teneur (pédo-géochimique naturelle et anthropique) totale d’une
substance dans le sol
Note 1 à l'article: La concentration de fond s’exprime communément sous forme de concentration moyenne, type,
médiane, mode, de plage de valeurs ou de valeur de fond.
[SOURCE: ISO 11074:2015, 3.5.2, modifiée — La Note 1 à l’article, tirée de l’ISO 11075:2014, 3.5.1 a été
ajoutée.]
3.3
apport dû à une source diffuse
apport d’une substance émise par des sources mobiles, des sources de grande étendue ou par
plusieurs sources
Note 1 à l'article: En pratique, deux situations sont généralement reconnues: les zones rurales avec des apports
dus à une source diffuse généralement issus de la dissémination sur le terrain et des dépôts aériens, et les zones
urbaines où les apports dus à une source diffuse proviennent habituellement de la circulation et des activités
industrielles.
Note 2 à l'article: Les apports dus à une source diffuse sont habituellement à l’origine de sites à pollution
relativement uniforme. Pour certains sites cependant, les conditions d’apport peuvent entraîner un apport
local plus important à proximité de la source ou à l’endroit où les dépôts atmosphériques/les précipitations
s’accumulent. Deux types d’apports principaux dus à une source diffuse peuvent être considérés: ceux en zone
rurale (par exemple dépôts atmosphériques, diffusion, etc.) et ceux en zone urbaine (par exemple circulation,
industries, etc.).
[SOURCE: ISO 11074:2015, 3.3.9, modifiée — La Note 1 à l’article a été remplacée par un nouveau texte.
La dernière phrase de la Note 2 à l’article a été ajoutée.]
3.4
concentration pédo-géochimique
concentration d’une substance présente dans un sol du fait de processus géologiques et pédologiques
naturels, à l’exception des substances d’origine anthropique introduites dans les sols
Note 1 à l'article: Il est difficile de déterminer la détermination précise de la concentration pédo-géochimique de
certaines substances dans un sol en raison de la présence d’une pollution anthropique diffuse.
3.5
valeur de fond pédo-géochimique
caractéristique statistique (3.8) de la concentration pédo-géochimique (3.4)
Note 1 à l'article: Toute estimation de valeur de fond pédo-géochimique est associée à certaines erreurs, donnée
par l’incertitude liée à la détermination de la concentration pédo-géochimique.
[SOURCE: ISO 11074:2015, 3.5.9, modifiée — Dans la définition, «concentration» a remplacé «teneur».]
3.6
concentration anthropique
concentration dans un sol d’une substance d’origine anthropique
3.7
valeur de fond anthropique
caractéristique statistique (3.8) de la concentration de fond (3.1) anthropique d’une substance dans les sols
3.8
caractéristique statistique
valeur numérique calculée à partir d’un ensemble de valeurs (3.10) d’un paramètre choisi de la population
EXEMPLE La moyenne, la médiane, l’écart-type, l’erreur-type ou les centiles de la fréquence de distribution.
[SOURCE: ISO 11074:2015, 3.5.11, modifiée — Dans l’exemple, «l’erreur-type» a été ajouté.]
3.9
zone d’étude
définition tridimensionnelle de la zone où doivent être prélevés des échantillons et pour laquelle les
valeurs de fond (3.2) doivent ainsi être déterminées
[SOURCE: ISO 11074:2015, 5.2.29]
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3.10
ensemble de valeurs
ensemble des valeurs observées d’une variable
EXEMPLE Série de valeurs de concentration d’une substance dans le sol; nombreux échantillons de sol
distincts.
4 Généralités
Les sols conservent les traces de leur passé, y compris les impacts dus à des événements naturels ou aux
activités humaines. Il est possible de détecter les impacts chimiques liés aux activités humaines dans
les sols du monde entier, même dans les endroits éloignés de toute source de pollution. C’est la raison
pour laquelle la détermination des valeurs de fond des substances minérales et organiques présentes
dans les sols consiste en une fraction pédo-géochimique et d’une fraction anthropique. Le rapport de
ces fractions varie largement en fonction du type de substances, du type de sol et de son utilisation,
ainsi que de la nature et de l’ampleur des impacts externes.
Pour de nombreuses substances minérales, la concentration de fond est dominée par la concentration
pédo-géochimique et, par conséquent, par la composition minéralogique de la roche mère des sols. Les
processus pédogénétiques peuvent conduire à une redistribution (enrichissement/appauvrissement)
et donc à une différenciation spécifique aux horizons des substances au sein d’un profil de sol. Les
substances organiques persistantes dans les sols proviennent le plus souvent de sources anthropiques.
Pour ces substances, le fond pédo-géochimique et anthropique des sols n’est donc pas régi par la
pédogéochimie.
Dans la pratique, il est souvent difficile de distinguer clairement les fractions pédo-géochimique
et anthropique de la concentration de fond des sols. Néanmoins, une connaissance approfondie de
la concentration de fond et de la fraction naturelle des substances à inventorier est essentielle pour
l’évaluation de l’état actuel des sols du point de vue des aspects environnementaux ou de l’usage du
sol, ainsi que pour des études scientifiques touchant à la pédologie ou à la géochimie. À cet effet, il
convient de déterminer les valeurs de fond en termes de caractéristiques statistiques de la fraction
pédo-géochimique et de la fraction anthropique.
Il est possible d’identifier différents objectifs pour la détermination des valeurs de fond des substances
minérales et/ou organiques dans les sols. Les objectifs proprement dits ne fournissent pas suffisamment
d’informations pour définir le programme technique qui produira les valeurs de fond souhaitées. Par
conséquent, il convient de définir plusieurs approches techniques qui, ensemble, formeront la base de
ce programme technique.
Ces recommandations identifient:
— les exigences essentielles des stratégies d’échantillonnage et des modes opératoires;
— les exigences minimales concernant les étapes requises et les modes de prétraitement des
échantillons;
— les méthodes d’analyse;
— les modes opératoires d’évaluation statistique destinés à déterminer des valeurs de fond fiables et
comparables.
Ces recommandations sont données pour permettre:
a) d’évaluer les informations existantes provenant de différentes sources de données;
b) de mettre en place des programmes d’investigation pour acquérir les valeurs de fond afin d’obtenir
une image tridimensionnelle et clairement définie du sol.
Ces situations représentent les deux situations initiales extrêmes du processus d’acquisition des
valeurs de fond. Dans la pratique, il existe aussi une troisième situation intermédiaire dans laquelle
des données supplémentaires sont collectées en raison de la quantité ou de la qualité insuffisante des
informations existantes.
5 Modes opératoires
5.1 Généralités
Les modes opératoires pour déterminer les valeurs de fond englobent des aspects liés à l’échantillonnage
(par exemple stratégie, mode opératoire), à l’analyse des sols (prétraitement, prélèvement et mesurage),
ainsi qu’au traitement et à la présentation des données. En général, il est possible d’identifier deux
situations initiales, à savoir:
a) l’évaluation des données existantes principalement issues de sources d’informations différentes;
b) la collecte de nouvelles données en suivant une stratégie d’investigation appropriée.
5.2 Objectifs et approches techniques
5.2.1 Généralités
Avant d’entamer une étude sur les valeurs de fond des sols, il est crucial de définir l’objectif de l’étude et
l’approche technique associée.
De manière générale, l’objectif est d’expliquer «pourquoi» les valeurs de fond sont déterminées. Les
approches techniques décrivent des aspects tels que «où», «quoi», «comment» et «quand». Ensemble, les
approches techniques déterminent le programme technique qui fournira les valeurs de fond requises.
Il convient de remarquer qu’une approche technique ciblant un objectif bien spécifique se révélera
souvent inappropriée à d’autres objectifs.
Les objectifs pour définir les valeurs de fond peuvent être:
— identifier les concentrations actuelles de substances dans les sols, par exemple dans le cadre des
réglementations relatives aux sols;
— évaluer le degré de pollution par des activités humaines;
— en déduire des valeurs de référence pour la protection des sols;
— définir des valeurs pour la réutilisation du matériau du sol et des déchets;
— calculer les niveaux critiques et les charges supplémentaires critiques tolérables;
— identifier les zones/sites présentant des niveaux anormalement élevés de teneurs en substances
chimiques pour des raisons géogéniques ou en raison de l’impact humain, etc.
Afin d’atteindre cet objectif, les approches techniques peuvent inclure les éléments suivants:
— la définition des substances et des paramètres, par exemple les valeurs de fond à estimer peuvent
être la concentration totale ou biodisponible en métaux (voir 5.2.2);
— la définition de la zone d’étude, par exemple la définition (tridimensionnelle) de la zone où les
échantillons doivent être prélevés. Elle doit décrire en détail ce qui doit être considéré comme la
zone d’étude et ce qui ne l’est pas (voir 5.2.3);
— la définition de la période concernée, par exemple si la concentration historique ou actuelle est
pertinente pour l’objectif (voir 5.2.4);
— la définition de la taille et de la géométrie de la zone de prélèvement à l’emplacement d’échantillonnage
(voir 5.2.5);
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— la définition du prétraitement de l’échantillon (voir 5.4.2.2) et de la fraction du sol à analyser.
5.2.2 Substances et paramètres
5.2.2.1 Paramètres de base
Il est possible de déterminer les valeurs de fond pour tous les types de substances minérales et
organiques présentes dans les sols, ainsi que les caractéristiques de ces derniers. Dans la pratique,
les substances les plus persistants et les plus immobiles sont les plus intéressants en raison de leur
potentiel d’adsorption et d’accumulation dans le sol. Les substances dont la concentration peut être
influencée par la remise en mouvement et la biodégradation intrinsèque sont de moindre importance.
De même que les substances concernées, il convient de fournir les paramètres de base des sols et les
caractéristiques des sites (voir 5.4.1.3) pour faciliter l’interprétation des concentrations des substances.
Un certain nombre de «paramètres de base du sol» influencent les processus du sol, qui affectent à
leur tour les concentrations des substances minérales et organiques. Le Tableau B.1 dresse la liste des
paramètres qu’il convient d’analyser conformément aux Normes internationales données.
5.2.2.2 Composés persistants
5.2.2.2.1 Substances minérales
Au sein du groupe des substances minérales, les éléments traces (par exemple les métaux, les
micronutriments) sont ceux qui sont le plus souvent analysés (voir le Tableau B.2). Lors de la constitution
d’un fond géochimique urbain, il est recommandé d’analyser la totalité des éléments énumérés dans le
Tableau B.2, la plupart de ces éléments apparaissant avec des valeurs élevées en raison de l’activité
humaine, mais certains minéraux peuvent apparaître naturellement avec une valeur élevée.
Concernant les méthodes d’analyse, il convient de choisir avec discernement parmi les méthodes
d’extraction/de préparation disponibles (voir le Tableau B.2), car très peu d’entre elles déterminent
la concentration totale qui peut être nécessaire, par exemple, pour calculer les stocks d’éléments.
Outre les concentrations totales, les fractions mobiles plus pertinentes sur le plan (éco)toxicologique
(voir le Tableau B.2) revêtent un intérêt croissant, par exemple si les questions relatives aux voies
d’exposition doivent être examinées. Il convient d’effectuer une analyse des paramètres du Tableau B.2
conformément aux Normes internationales indiquées dans le Tableau B.2.
5.2.2.2.2 Substances organiques
Les études portant sur les substances organiques se rapportent généralement aux composés persistants.
Les polluants organiques persistants indiqués dans le Tableau B.3 sont quelques-uns des plus courants,
mais la liste est incomplète. Il convient d’effectuer l’analyse conformément aux Normes internationales
indiquées dans le Tableau B.3. Il convient d’adapter la liste en fonction des objectifs de la détermination
des valeurs de fond.
Il est déconseillé d’effectuer des prélèvements et d’analyser des substances non persistantes, car
leur comportement peut empêcher leur détection par le laboratoire (par exemple volatilisation, forte
dégradation). Ces types de substances sont normalement analysés pour détecter des sources de
pollution.
Différentes méthodes sont utilisées pour l’analyse des substances organiques. Leur but est
généralement d’extraire la plus grande quantité possible de substances organiques présentes dans
les sols. Il est important de garder à l’esprit que des composés organiques peuvent être extraits de
matériaux organiques d’origine naturelle (par exemple matière organique, végétaux en décomposition,
tourbe, charbon de bois) et que des analyses non spécifiques, en particulier, peuvent donc produire des
résultats erronés.
Pour recueillir de nouvelles données afin de déterminer les valeurs de fond, il est recommandé de
concevoir le programme d’investigation en tenant compte des autres questions susceptibles de surgir
à l’avenir. Dans la plupart des cas, réaliser de nouvelles campagnes d’échantillonnage revient bien plus
cher que d’analyser des substances supplémentaires dès le départ. Ainsi, il est crucial de bien stocker
les échantillons de sol pour de futures analyses des substances organiques ou minérales. Outre les
substances concernées (voir les Tableaux B.2 et B.3) et les paramètres supplémentaires des sols
(voir Tableau B.1), il est essentiel de fournir une description détaillée du site (voir 5.4.1.3) à des fins
d’interprétation. La documentation de toutes les actions entreprises est de la plus haute importance si
les données mesurées doivent servir à d’autres évaluations lors de futures investigations.
NOTE Des recommandations relatives au stockage des échantillons de sol sont données dans l’ISO 18512.
5.2.2.3 Composés non persistants
Dans certains cas, il peut être intéressant de générer des valeurs de fond de substances non persistantes.
Il y a lieu d’accorder une attention particulière lorsque des substances organiques dégradables volatiles
ou des espèces minérales transformables constituent le sujet de l’étude. Une description et une
documentation détaillées de l’échantillonnage et de l’analyse ont une importance particulière dans ces
cas. Le stockage ou l’archivage des échantillons n’est pas recommandé en raison du comportement de
ces espèces organiques et minérales.
5.2.3 Zone d’étude
La définition de la zone d’étude (voir 5.2.3) peut reposer sur deux principes différents:
— une définition purement spatiale (X, Y, Z), délimitant le périmètre de la zone d’étude à l’aide de
coordonnées; en plus de la définition dans le plan horizontal, il convient également de définir
l’horizon des sols présentant un intérêt à étudier;
— une définition typologique de la zone d’étude, basée sur une ou plusieurs caractéristiques,
par exemple le type de sol (tel que l’horizon A d’un type de sol spécifique), l’usage du sol (en tenant
également compte des effets potentiels sur les valeurs de fond), l’altitude.
Il est évidemment possible de combiner les définitions spatiale et typologique de la zone d’étude.
EXEMPLE Combinaison des définitions spatiale et typologique de la zone d’étude:
— les pâturages d’un département ou d’une région;
— l’horizon A sur une zone définie par des coordonnées X et Y.
Il convient que la définition de la zone d’étude soit aussi détaillée que possible pour ne laisser aucune
place aux erreurs d’interprétation entre ce qui fait partie ou non de cette zone. Pour décrire de manière
univoque la zone d’étude, il convient de définir toutes les sources ponctuelles et diffuses qu’elle contient
réellement.
L’objectif général étant de déterminer les valeurs de fond, une zone de sécurité autour de ce type de
source peut être définie, en excluant ainsi des parties de la zone d’étude définie plus généralement. Les
données provenant de ces zones spécifiques peuvent être considérées séparément de celles du reste de
la zone d’étude.
Il convient de ne pas prélever les échantillons à utiliser pour la détermination des valeurs de fond à
proximité de sources localisées potentielles de pollution (par exemple routes, sites industriels).
La définition de la zone d’étude telle que décrite ici reste inchangée, que les échantillons de sol soient
à prélever ou qu’ils soient déjà disponibles (ou les résultats correspondants). Dans ce dernier cas, la
définition détaillée de la zone d’étude établira les échantillons/résultats à inclure ou à exclure.
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5.2.4 Période
Les valeurs de fond sont influencées à la fois par les processus naturels (par exemple pédogenèse, cycles
biogéochimiques) et par les apports dus à une source anthropique diffuse. Deux échelles de temps
peuvent être distinguées:
— la période pendant laquelle la valeur de fond peut varier considérablement en raison de processus
naturels;
— la période pendant laquelle la valeur de fond change le plus probablement uniquement en raison
d’influences humaines (à l’exception des phénomènes naturels à grande échelle).
La seconde période est généralement plus courte que la première.
Une période historique spécifique peut se révéler intéressante lors du mesurage des valeurs de fond.
Si une couche du sol s’est formée au cours de la période considérée, il est possible d’y déterminer des
valeurs de fond pour cette période.
Si les valeurs de fond doivent être re-déterminées après un certain laps de temps afin de déceler
d’éventuels changements, il convient que l’intervalle entre les mesurages soit basé sur les éléments
suivants (voir également l’ISO 16133):
— l’enrichissement prévu des substances dans les sols (accumulation résultant, par exemple d’apports
dus à une source diffuse);
— la perte prévue des substances dans les sols (par exemple due à la lixiviation, à la biodégradation ou
à l’absorption par les plantes);
— les variations du niveau de concentration, qui peuvent être déterminées par voies analytique et
statistique.
5.2.5 Échelle d’échantillonnage
La variabilité des concentrations est, par définition, une caractéristique liée à l’échelle. Selon le
volume pour lequel un résultat analytique doit être considéré comme représentatif, la variabilité des
concentrations rencontrées peut être différente. L’échelle est donc un aspect technique important pour
lequel une décision doit être prise avant la collecte des données.
L’étude impliquera toujours une couche de sol d’une certaine profondeur. Toutefois, comme les
dimensions dans le plan horizontal sont nettement plus grandes que dans le plan vertical, l’échelle est le
plus souvent définie d’une façon bidimensionnelle dans les études de sol.
La variabilité de la concentration pédo-géochimique naturelle et de la concentration de fond augmente
souvent avec l’importance de la zone d’étude (population), mais décroit avec la taille du support
d’échantillon (échelle d’échantillonnage). L’augmentation du support d’échantillon est une méthode
qui peut réduire la variabilité de la concentration de fond. Cependant, l’augmentation du support
d’échantillon rend souvent l’échantillonnage plus laborieux et elle est uniquement recommandée
dans des conditions où les erreurs d’échantillonnage et de préparation de l’échantillon peuvent
être minimisées. Il est recommandé d’utiliser la même échelle d’échantillonnage si la valeur pédo-
géochimique naturelle est utilisée pour évaluer la pollution du sol. Si les valeurs de fond sont utilisées
pour appuyer la délimitation des terrains pollués, il est recommandé d’utiliser la même échelle
d’échantillonnage. Pour les grands supports d’échantillon, l’échantillonnage composite (voir 5.4.1.6) est
souvent préférable afin d’éviter la manipulation de trop grandes quantités de sol.
5.3 Évaluation de données existantes
5.3.1 Généralités
Lors de l’utilisation de données existantes, il convient de veiller à leur qualité et à leur comparabilité,
notamment si elles proviennent de différentes sources, en tenant compte de l’incertitude de mesure.
Il convient d’harmoniser les données et les informations appropriées selon une procédure par étapes, en
fonction des objectifs d’évaluation spécifiques. En général, l’harmonisation des ensembles de données se
[36]
traduit par une réduction plus ou moins importante du biais entre ces ensembles. L’harmonisation
des ensembles d’échantillons est essentielle si une évaluation solide et fiable des données combinées
doit être obtenue. Il convient que la stratégie d’harmonisation inclue:
a) une vérification de l’exhaustivité des ensembles de données (y compris les estimations d’incertitude
de chaque mesurage);
b) une harmonisation des différentes stratégies d’échantillonnage, des références, des nomenclatures
et des modes opératoires d’analyse;
c) une identification et élimination des échantillons pollués (exclus par définition de la population des
valeurs de fond).
NOTE Les anomalies naturelles du fond pédo-géochimique peuvent conduire à des valeurs élevées qui
peuvent apparaître comme des «échantillons pollués». Il est important d’anticiper ces cas par une étude sur
dossier précise afin de ne pas éliminer ces échantillons.
5.3.2 Exhaustivité des ensembles de données/exigences minimales
Afin de garantir un niveau minimal de qualité des données, il convient de fournir des informations
suffisantes et fiables à leur sujet, par exemple:
— la date d’échantillonnage;
— le mode opératoire utilisé pour sélectionner les emplacements d’échantillonnage (parcelles);
— l’échelle de l’échantillonnage (zone ou locale);
— la localisation du site (coordonnées);
— les intervalles de profondeur d’échantillonnage;
— le nombre et la configuration des échantillons (par exemple quadrillage ou prélèvements aléatoires)
prélevés à un emplacement d’échantillonnage (parcelle);
— la méthode de préparation de l’échantillon (par exemple coloration, écrasement, tamisage);
— la méthode utilisée pour extraire et analyser les composants (y compris les données relatives à
l’assurance qualité, l’estimation de l’incertitude de l’analyse et les limites de détection conformément
à l’ISO 18400-106);
— les informations spécifiques au site (par exemple pédologie/lithologie, usage du sol);
— les spécificités des zones urbaines (par exemple matériaux excavés).
Ces informations peuvent être utilisées pour trier les données en fonction de leur compatibilité avec
l’objectif d’acquisition des valeurs de fond.
Les informations minimales requises concernant un ensemble de données dépendent, entre autres, des
substances concernées, de la zone, de la référence spatiale à considérer et de l’approche adoptée pour
obtenir une représentation spatiale adéquate de l’emplacement d’échantillonnage.
Hormis les informations indiquées ci-dessus, le type et le degré de précision, par exemple des
informations spécifiques au site, dépendent du sol et d’autres paramètres influençant le comportement
et donc les concentrations de certaines substances dans le sol. Par exemple, il convient que les substances
minérales soient en premier lieu rattachées aux propriétés lithologiques du sol en raison de l’origine
géogénique prédominante de ces substances, alors que la concentration des substances organiques des
sols est plus fortement corrélée, par exemple, à des paramètres liés à l’usage du sol.
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5.3.3 Comparabilité des données (échantillonnage, nomenclatures, analyses)
L’adoption de stratégies d’échantillonnage différentes peut avoir un impact crucial sur la comparabilité
des ensembles de données. Il s’avère notamment problématique de comparer des échantillons liés à
l’horizon à des échantillons liés à la profondeur, ou des échantillons composites à des échantillons
individuels. De plus, il convient de tenir compte de la représentativité de l’ensemble de valeurs pour une
population d’échantillons par rapport à la même échelle pour une zone donnée. De plus, une distribution
spatiale inégale des points d’échantillonnage au sein d’une zone peut entraîner des estimations biaisées
des paramètres de distribution de fréquence en raison d’une surestimation de certaines parties
de la zone d’étude. Après un premier examen des données brutes sur une carte, il convient d’utiliser
une méthode d’interpolation spatiale appropriée. Le logiciel du système d’information géographique
(SIG) est particulièrement utile pour cette tâche, en particulier pour les ensembles de données (voir
l’ISO 18400-104:—, 6.1 et Annexe H). Il est fortement conseillé d’évaluer avec soin les imprécisions
éventuellement introduites par la fusion d’ensembles de données issus de différentes campagnes, au
regard de la meilleure représentation de la population obtenue par un plus grand nombre d’échantillons.
Il convient d’évaluer la mesure dans laquelle différents prétraitements et modes opératoires d’analyse
des échantillons (par exemple extraction, mesurage) peuvent être comparés et harmonisés au cas par
cas, par exemple par rapport à la précision recherchée de la valeur de fond. Pour toutes les substances,
les résultats obtenus à partir de différents modes opératoires d’analyse peuvent être transformés
en appliquant des fonctions de régression ou des constantes, à condition de connaître les relations
correspondantes. Il est également permis de regrouper grossièrement les modes opératoires d’analyse
en fonction des fractions extraites d’après le mode opératoire (voir le Tableau B.2). Si les plages de
valeurs de fond prises comme variables cibles sont étendues, les exigences de comparabilité des
données sont faibles. Néanmoins, il convient que l’expert garde à l’esprit que la fusion des ensembles
de données analysés par différentes modes opératoires nécessite invariablement certains compromis.
Par définition, les valeurs de fond sont relativement basses (sauf dans les zones de fond pédo-
géochimique naturel élevé). Pour juger de la comparabilité des données, il peut être important de tenir
compte des limites de détection et de quantification de chaque appareil d’analyse.
5.3.4 Examen des valeurs aberrantes
La concentration de fond des substances dans les sols inclut l’apport diffus modéré. Les sites pollués
localement et les anomalies naturelles sont donc exclus de la population des concentrations de fond.
Par conséquent, il convient que les données manifestement issues de sites pollués localement soient
identifiées et éliminées de l’ensemble de données correspondant. La détection de valeurs aberrantes et
de comportements inhabituels des données est l’une des principales tâches dans l’analyse statistique
des données géochimiques. À cette fin, il est possible d’appliquer plusieurs tests statistiques pour
identifier les valeurs aberrantes, par exemple des tests sur la distribution des données, l’analyse
exploratoire des données (boîtes à moustaches) et l’analyse en composantes principales (voir également
5.5.1.2.1 et l’Annexe A). En pratique, l’utilisation d’une boîte à moustaches pour la sélection préliminaire
des classes pour afficher la structure spatiale des données sur une carte s’est avérée être un outil
puissant pour identifier les processus géochimiques clés propres à une distribution de données.
Il existe différents tests de détection des valeurs aberrantes (par exemple test de Dixon, test de
[37]
Grubbs) et il convient de les choisir en fonction des hypothèses pertinentes pour l’étude. Dans le
cas de données multidimensionnelles (échantillons provenant de différents horizons de sols), l’analyse
en composantes principales peut être importante si la réduction dimensionnelle est possible sur les
données transformées.
La suppression des valeurs aberrantes a un net impact sur la définition résultante de la valeur de fond.
L’identification statistique d’une valeur aberrante ne suffit pas en soi à éliminer un mesurage élevé
(ou bas) de la base de données décrivant la valeur de fond. Le test statistique fournit toutefois une
bonne méthode pour définir les données qu’il convient d’étudier plus en détail afin de définir s’il existe
une explication pouvant justifier que la valeur élevée soit une valeur aberrante. Si cette explication est
trouvée, la valeur est effectivement une valeur aberrante et il convient de l’éliminer. En revanche, si
l’explication indique qu’il s’agit d’une anomalie naturelle, la valeur aberrante est conservée et il convient
alors de revoir l’échelle de l’étude. Par exemple, si quelques valeurs élevées sont susceptibles d’être dues
à des processus naturels, les options sont soit d’augmenter l’échelle spatiale de l’étude pour confirmer
cette hypothèse, soit d’envisager l’utilisation de classifications d’intervalles de zonage/profondeur (par
exemple à la lithologie/géologie) pour mieux différencier les différentes populations de fond.
5.4 Collecte de nouvelles données
5.4.1 Échantillonnage
5.4.1.1 Stratégie d’échantillonnage
5.4.1.1.1 Aspects généraux
La concentration pédo-géochimique naturelle et la concentration habituelle des substances dans
le sol varient selon la roche mère du sol. Elles dépendent également des horizons, car les processus
pédogénétiques modifient et redistribuent les composants dans les sols, ce qui conduit généralement
à la formation de plusieurs horizons pouvant présenter des compositions différentes. Ces paramètres
peuvent également influencer la variation des concentrations et il convient de les prendre en compte:
matière organique du sol, coefficient d’absorption du sol, teneur en carbonate, taille des particules, taux
d’humidité, capacité d’échange cationique, pH.
L’usage du sol et la distance jusqu’aux sources de pollution influent également sur la concentration de
certaines substances dans les sols. L’activité humaine modifie la composition des sols par l’agriculture,
la dissémination des déchets, les constructions, les dépôts atmosphériques provenant de l’industrie,
des ménages, de la circulation, etc. Un site d’échantillonnage est considéré ici comme étant une petite
portion de terre, de quelques mètres carrés à environ un hectare, où est collecté un échantillon de
chacune des couches ou de chacun des horizons des sols présentant un intérêt.
Deux stratégies de sélection des sites d’échantillonnage dans la zone d’étude sont présentées: l’approche
systématique (5.4.1.1.2) et l’approche orientée (5.4.1.1.3). Le choix de l’une ou l’autre approche est
généralement dicté par le niveau de connaissances disponibles sur le sol et son utilisation. L’approche
systématique convient souvent mieux lorsque peu d’informations sont disponibles. Toutefois, ces deux
approches peuvent être considérées comme des exemples types parmi les nombreuses stratégies
possibles. Il est donc possible d’élaborer une stratégie intermédiaire, combinant certains aspects de
l’approche systématique et d’autres de l’approche orientée. Cette approche hybride est recommandée
pour les investigations en zones urbaines, car l’approche systématique permet l’optimisation de la
couverture de la zone, alors que l’approche orientée permet une souplesse de localisation des points
d’échantillonnage au sein de chaque cellule pour se focaliser sur la surface de sol disponible et en
excluant (potentiellement) le sol pollué.
5.4.1.1.2 Approche systématique
Les emplacements d’échantillonnage sont définis à l’aide d’un quadrillage. La distance entre les
points du quadrillage dépend de la résolution souhaitée pour la détermination de la concentration
pédo-géochimique et/ou de la concentration de fond. En principe, il convient que la distance entre
les emplacements d’échantillonnage permette de collecter un nombre minimal d’échantillons afin de
représenter chacune des unités de sol définies. Il est possible d’utiliser un quadrillage carré dont la
taille des cellules est variable. Il convient de tenir compte des recom
...
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