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M I N I S T È R E D E i Direction de l'Eau ^ & ^ & ^ ^ Échantillonnage de sols

M I N I S T È R E D E i Direction de l'Eau ^ & ^ & ^ ^ Échantillonnage de sols pour caractérisation d'une pollution : guide méthodologique M . Pellet L. Laville-Timsit BRGM L'ENTREPRISE AU SERVICE DE LA TERRE Étude réalisée dans le cadre des actions de service public du B R G M 1992-12-92 Décembre 1993 R 37865 BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL B.P. 6009 - 45060 ORLÉANS CEDEX 2 - France - S 38.64.34.34 ÉCHANTILLONNAGE DE SOLS POUR CARACTÉRISATION D'UNE POLLUTION : GUIDE MÉTHODOLOGIQUE M . Pellet, L . Laville-Timsit RÉSUMÉ Cette étude a pour objet l'établissement d'un guide pratique d'échantillonnage des sols dans un but de caractérisation de la pollution d'un site. Elle a été réalisée sur la base d'une recherche bibliographique et constitue une revue de l'état de l'art, principalement américain (travaux de l'EPA) et européen (travaux ISO). Bien que les approches soient légèrement différentes, et le degré de formalisation variable, les grandes lignes directives pour la conception et la réalisation d'un échantillonnage à des fins de diagnostic de pollution sont similaires. E n tout état de cause, l'énoncé de règles très strictes dans la conception et la réalisation d'un échantillonnage de sol est rendu impossible sans prendre en compte la spécificité de chaque site et les objectifs recherchés. C'est la raison pour laquelle, après un bref exposé des considérations à prendre en compte et des différentes approches possibles ( U S A / Europe), chacune des grandes lignes directives est déve- loppée ci-après et illustrée de documents synthétiques. Sont ainsi passés en revue : - les protocoles ou "stratégies" d'échantillonnage, - la localisation et le nombre de prélèvements, - leur répartition dans l'espace (dimensions horizontale et verticale), - les matériels disponibles pour la foration et l'échantillonnage, - les conditions minimales à respecter pour la prise des échantillons, leurs conditionnement, stockage, transport aux laboratoires et élimination après usage. Il convient donc de considérer ce document c o m m e un "guide méthodologique pour la pratique de l'échantillonnage". Cette étude a été réalisée sur crédits du Ministère de l'Environnement. Rapport B R G M n° 37865 Auteurs : M . Pellet, L . Laville-Timsit Programme Service Public : 1992-1993 Financement : Ministère de l'Environnement Nombre de pages : 74 (+ 1 annexe) Nombre de figures : 29 Nombre de tableaux : 11 Échantillonnage de sols pour caractérisation d'une pollution : guide méthodologique SOMMAIRE AVANT-PROPOS 7 1. INTRODUCTION 8 2. OBJECTIFS ET APPROCHE GLOBALE 9 2.1. Objectif d'échantillonnage 9 2.2. Approche globale et notion de plan d'échantillonnage 10 2.3. Objectifs de diagnostic de pollution 11 2.4. Comparaison des approches américaine et européenne 11 2.4.1. Approche américaine 11 2.4.2. Approche européenne 12 3. ACTIONS PRÉLIMINAIRES 1 3 3.1. Introduction 13 3.2. Historique du site 13 3.3. Reconnaissance du site 14 3.4. Synthèse du contexte naturel 14 3.5. Investigations préliminaires 14 3.5.1. Échantillonnage préliminaire 15 3.5.2. Techniques de criblage de site ou reconnaissance in situ 15 4. STRATÉGIE D'ÉCHANTILLONNAGE 1 6 4.1. Stratégies d'échantillonnage 16 4.1.1. Approches statistiques 16 4.1.2. Approches de recherche spécifiques 19 4.1.3. Approches hypothétiques 22 4.2. Choix de la stratégie d'échantillonnage 24 4.3. En résumé 25 5. CARACTÉRISTIQUES DE L'ÉCHANTILLONNAGE 28 5.1. Nombre de points d'échantillonnage 28 5.2. Profondeur des échantillons 29 5.3. Nombre d'échantillons à prélever 29 5.4. Types d'échantillons 30 5.4.1. Echantillons ponctuels et composites 30 5.4.2. Échantillons remaniés et non remaniés (intacts) 31 5.4.3. Échantillons de contrôle et d'assurance qualité 31 6. TECHNIQUES D'INVESTIGATION 34 6.1. Introduction 34 6.2. Techniques directes et semi-directes 34 6.2.1. Criblage analytique de terrain 34 6.2.2. Techniques géophysiques 36 Rapport BRGM R 37865 4 Échantillonnage de sols pour caractérisation d'une pollution : guide méthodologique 6.3. Techniques d'échantillonnage des sols 37 6.3.1. Introduction 37 6.3.2. Présentation des différentes techniques 37 6.3.3. Choix de la technique 52 6.3.4. Précautions diverses 60 6.3.5. Choix des opérateurs 61 7. PRÉLÈVEMENT, CONDITIONNEMENT ET TRANSPORT 62 7.1. Introduction 62 7.2. Repérage des points d'échantillonnage sur le site 62 7.3. Prélèvement 63 7.3.1. Volume prélevé 63 7.3.2. Préparation 63 7.3.3. Description de l'échantillonnage 66 7.4. Conditionnement et transport 66 7.4.1. Conditionnement 66 7.4.2. Étiquetage 69 7.4.3. Transport et stockage 69 7.4.4. Traçabilité 69 7.4.5. Élimination des échantillons 70 C O N C L U S I O N 71 BIBLIOGRAPHIE 72 Annexe 1 - Adoption d'une stratégie d'échantillonnage en fonction de l'hypothèse formulée (ISO) Rapport BRGM R 37865 5 Échantillonnage de sols pour caractérisation d'une pollution : guide méthodologique LISTE DES FIGURES Figure 1 - Echantillonnage aléatoire Figure 2 - Echantillonnage aléatoire stratifié Figure 3 - Echantillonnage systématique Figure 4 - Echantillonnage systématique aléatoire Figure 5 - Echantillonnage systématique semi-aléatoire Figure 6 - Echantillonnage par profils Figure 7 - Echantillonnage de recherche spécifique selon une grille triangulaire Figure 8 - Echantillonnage de jugement Figure 9 - Echantillonnage selon une grille circulaire Figure 10 -Echantillonnage selon une grille linéaire Figure 11 -Echantillonnages non systématiques Figure 12 -Types de tarières à vis Figure 13 -Tarière à gouge Figure 14 -Tarière de type allemand ("Dutch Type Auger") Figure 15 -Types de gouges en fonction du type de sol Figure 16 -Utilisation d'une mototarière Figure 17 -Tube d'échantillonnage de sol Figure 18 -Tube "Veihmeyer" Figure 19 -Tube à parois minces ou "Thin-walled tube sampler" Figure 20 -Tube "ring-lined barrel sampler" Figure 21 -Echantillonneur à piston Figure 22 -Foration à la tarière et échantillonnage à l'aide d'un tube Figure 23 -Composition d'une tarière à tige creuse Figure 24 -Foration à la tarière à tige creuse et prélèvement au moyen d'un tube Figure 25 -Echantillonnage en continu sur tarière à tige creuse Figure 26 -Tarière à auge Figure 27 -"Split-spoon sampler" Figure 28 -Exemple d'organigramme de sélection de la technique d'investigation Figure 29 -Procédure d'homogénéisation LISTE DES TABLEAUX Tableau 1 - Etapes constitutives du plan d'échantillonnage Tableau 2 - Probabilité d'omettre un hot-spot avec un échantillonnage de recherche spécifique Tableau 3 - Evaluation des stratégies d'échantillonnage en fonction de l'objectif Tableau 4 - Comparaison des stratégies d'échantillonnage Tableau 5 - Méthode de criblage de terrain Tableau 6 - Techniques géophysiques Tableau 7 - Critères d'utilisation des équipements d'échantillonnage Tableau 8 - Comparaison des techniques d'échantillonnage : travaux de l'ISO Tableau 9 - Comparaison des techniques d'échantillonnage : synthèse E P A en 1991 Tableau 10 -Comparaison des techniques d'échantillonnage : synthèse E P A en 1992 Tableau 11 -Type de conditionnement en fonction des contaminations présentes et des éléments à analyser Rapport BRGM R 37865 6 Échantillonnage de sols pour caractérisation d'une pollution : guide méthodologique AVANT-PROPOS Afin d'éviter toute confusion qui pourrait être liée à la définition et à la compréhension du mot "sol", il convient de préciser avant tout développement du sujet le sens dans lequel il est pris ici. Le sol correspond en effet à "l'ensemble de la zone non-saturée comprise entre la surface to- pographique et le niveau de battement de la nappe". C'est donc une entité d'épaisseur et de composition très variables, constituée par ailleurs de plusieurs phases : solide, liquide et gaz. La matière organique vivante, en décomposition ou déjà transformée, y joue également un rôle important, surtout dans les niveaux les plus su- perficiels. Les interactions entre ces phases relèvent de processus divers, tels que infiltration, exfiltra- tion, volatilisation, diffusion, lessivage, adsorption, désorption, ... Il s'agit donc d'un milieu complexe, ouvert, vivant et... éminemment hétérogène. Rapport BRGM R 37865 7 Échantillonnage de sols pour caractérisation d'une pollution : guide méthodologique 1. INTRODUCTION La caractérisation de sites pollués nécessite souvent l'échantillonnage et l'analyse des sols et des eaux permettant d'identifier les polluants présents, d'apprécier la répartition spatiale de la contamination et les niveaux de concentration, et de déterminer les potentialités de migration et les voies d'exposition pour le milieu naturel et les êtres vivants. Les décisions prises à l'issue d'un tel échantillonnage peuvent être lourdes de conséquences sur la santé des personnes (évaluation de "risques") et au niveau économique (mesures de protection, dimensionnement du procédé de décontamination, redevances, ...)• Cependant, un grand nombre de paramètres interfèrent à la représentativité de l'échantillon- nage, et le volume d'investigations réalisables (nombre de points d'échantillonnage, nombre d'échantillons et d'analyses) est limité par des contraintes matérielles, notamment écono- miques. E n outre, l'échantillonnage des sols, globalement moins développé que celui des eaux, est une science relativement nouvelle, davantage formalisée aux U S A qu'en Europe, où des travaux de normalisation sont cependant en cours. Conformément à la demande du Ministère de l'Environnement, seule la partie "Sol" est ici prise en compte. La définition d'un plan d'échantillonnage découle d'une bonne définition des objectifs de l'étude et de l'adéquation des moyens mis en oeuvre pour la résolution des problèmes posés ; la réussite de sa réalisation nécessite un certain nombre de précautions et de contrôles attes- tant de la qualité des données. L'objet de cette étude, fondée sur une recherche bibliographique et constituant une revue de l'état de l'art, principalement américain et européen, est l'établissement d'un guide pratique d'échantillonnage des sols dans un but de caractérisation de la pollution d'un site. Bien que, dans chaque pays, les approches uploads/Management/ echantillonnage-de-sols.pdf