Techniques d’échantillonnage des COV

Techniques d’échantillonnage des COV

TECHNIQUE DE CARACTÉRISATION ET MÉTHODES DE PRÉLÈVEMENT INNOVATRICES

PLAN DE LA PRÉSENTATION• MISE EN CONTEXTE

– Caractéristiques des COV– Échantillonnage et analyse au Québec– Inconvénients reliés à la méthode actuelle

• DESCRIPTION DE LA MÉTHODE 5035A– Échantillonnage des sols, laboratoire– Impacts sur les concentrations mesurées

• APPLICATION DE LA MÉTHODE• IMPACTS PRATIQUES • CONCLUSION ET PÉRIODE DE QUESTIONS

CARACTÉRISTIQUES DES COV

Composé Formule Chimique Pvapeur (@ 20⁰C)HA

CChlorure de vinyle (CV) 340 kPa

Trichloroéthène (TCE) 7.7 kPa

Tétrachloroéthène (PCE) 1.9 kPa

BTEX

Benzène (B) 10.0 kPa

Toluène (T) 2.9 kPa

Éthylbenzène (E) 1.0 kPa

o‐Xylène (o‐X) 0.9 kPa

Pression de vapeur: pression à laquelle la phase gazeuse d'une substance est en équilibre  avec sa phase liquide ou solide à une température donnée dans un système fermé. 

Composé volatil: Pression de vapeur supérieure à 0,01 kpa à 20 ⁰C

ÉTAT DES COV DANS LE SOL

SOL

DissouteAdsorbée

Gazeuse

ÉCHANTILLONNAGE ET ANALYSE AU QUÉBEC

GC‐MS

« Head Space » « Purge and trap »

ÉCHANTILLONNAGE ET ANALYSE AU QUÉBEC‐ INCONVÉNIENTS

La littérature rapporte que la méthode actuelle peut entraîner la perte de plus de 

90 %des COV initialement présents dans le sol.

CAUSES DES PERTES DE COV

Volatilisation des COV en raison:

CAUSES DES PERTES DE COV

Volatilisation des COV en raison:– De l’exposition à l’air lors de l’échantillonnage

PERTES DE COV: EXPOSITION À l’AIR

SOL

DissouteAdsorbée

Gazeuse

CAUSES DES PERTES DE COV

Volatilisation des COV en raison:– De l’exposition à l’air lors de l’échantillonnage– De la désagrégation de la structure du sol qui favorise 

le contact avec l’air et la création de chemins préférentiels

SOL

DissouteAdsorbée

Gazeuse

PERTES DE COV: DÉSAGRÉGATION DE LA STRUCTURE DU SOL

SOL

DissouteAdsorbée

PERTES DE COV: DÉSAGRÉGATION DE LA STRUCTURE DU SOL

CAUSES DES PERTES DE COV

Volatilisation des COV en raison:– De l’exposition à l’air lors de l’échantillonnage– De la désagrégation de la structure du sol qui favorise 

le contact avec l’air et la création de chemins préférentiels

– De la présence d’espaces d’air ou « head space » dans les contenants d’entreposage

CAUSES DES PERTES DE COV

Volatilisation des COV en raison:– De l’exposition à l’air lors de l’échantillonnage– De la désagrégation de la structure du sol qui favorise 

le contact avec l’air et la création de chemins préférentiels

– De la présence d’espaces d’air ou « head space » dans les contenants d’entreposage

– Du manque d’étanchéité du contenant d’entreposage causé par la présence de particules de sols sur les filets

CAUSES DES PERTES DE COV

Volatilisation des COV en raison:– De l’exposition à l’air lors de l’échantillonnage– De la désagrégation de la structure du sol qui favorise 

le contact avec l’air et la création de chemins préférentiels

– De la présence d’espaces d’air ou « head space » dans les contenants d’entreposage

– Du manque d’étanchéité du contenant d’entreposage causé par la présence de particules de sols sur les filets

– De l’exposition à l’air lors des manipulations au laboratoire 

CAUSES DES PERTES DE COV

• Volatilisation

Hewitt, 1996

CAUSES DES PERTES DE COV

• Biodégradation – Surtout pour les composés aromatiques (benzène, 

toluène)– Accentué par la désagrégation de la structure du sol 

qui favorise l’apport en oxygène

CAUSES DES PERTES DE COV

• Biodégradation 

± 21ºC  ± 4ºC 

TCETCE

PCE

PCETDCE

TDCE

T

B, T, E, p‐X

B

o‐X

Hewitt

E

p‐Xo‐X

CAUSES DES PERTES DE COV

• Biodégradation 

± 21ºC  ± 4ºC 

TCETCE

PCE

PCETDCE

TDCE

T

B, T, E, p‐X

B

o‐X

Hewitt, 1999

E

p‐Xo‐X

QUELQUES DONNÉES….

État de l’échantillon

Concentration TCE (mg/kg)% 

RécupérationPréservation en chantier

Approche actuelle

Humide 1,7 0,633 37

Agrégat 2,11,7

0,0880,05

4,23,0

Fracturé 3,411

<0,0030,015

‐0,14

• Échantillons contaminés par du TCE prélevés avec  1) l’approche actuelle 2) avec une seringue et préservation des échantillons en chantier

• Délai d’entreposage de 3 jours

RÉSULTATS

MÉTHODOLOGIE

Hewitt, 1994

CONCLUSIONS

• Trois principales étapes impliquant la perte des COV– Échantillonnage des sols en chantier– Entreposage– Sous‐échantillonnage au laboratoire

• Considérations pour limiter les pertes de COV– Limiter l’exposition du sol à l’air, en chantier, lors de 

l’entreposage et au laboratoire– Utiliser des outils de prélèvement qui permettent de 

garder la structure du sol intacte– Limiter le processus de biodégradation

PLAN DE LA PRÉSENTATION• MISE EN CONTEXTE

– Caractéristiques des COV– Échantillonnage et analyse au Québec– Inconvénients reliés à la méthode actuelle

• DESCRIPTION DE LA MÉTHODE 5035A– Échantillonnage des sols, laboratoire– Impacts sur les concentrations mesurées

• APPLICATION• IMPACTS PRATIQUES• CONCLUSION ET PÉRIODE DE QUESTIONS

MÉTHODE 5035A

• Publiée en 1997 par l’EPA (EPA Method 5035), dans la 3ième édition du compendium SW‐46  Test Methods for Evaluating Solid Waste, Physical/Chemical Methods. Révisée en 2002 –EPA Method 5035A.

• Propose différentes méthodes de prélèvement et de manipulation afin de limiter les pertes de COV, du chantier jusqu’au laboratoire.

MÉTHODE 5035AType de sol ?

Cohésif Non‐cohésif Cimenté

Briser en aggrégats qui peuvent entrer dans 

une fiole de 40mL avec un outil.  Transférer rapidement l’aggrégatdans une fiole avec 

agent de conservation.

Échantillonner rapidement avec une spatule et transférer dans une fiole de 

40mL avec agent de conservation.

Échantillonner avec carotteur et transférer 

dans une fiole de 40mL avec agent de 

conservation.

Échantillonner avec carotteur et sceller hermétiquement l’échantillon.

Analyser par GC‐MS. Analyser par GC‐MS.Analyser par GC‐MS.

Chantier

Laboratoire Extraire l’échantillon du contenant scellé et le transférer dans une fiole de 40mL avec 

agent de conservation.

MÉTHODE 5035AType de sol ?

Cohésif Non‐cohésif Cimenté

Échantillonner rapidement avec une spatule et transférer dans une fiole de 

40mL avec agent de conservation.

Échantillonner avec carotteur et sceller hermétiquement l’échantillon.

Extraire l’échantillon du contenant scellé et le transférer dans une fiole de 40mL avec 

agent de conservation.

Analyser par GC‐MS. Analyser par GC‐MS.Analyser par GC‐MS.

Chantier

Laboratoire

Carotteur et préservationen chantier

Briser en aggrégats qui peuvent entrer dans 

une fiole de 40mL avec un outil.  Transférer rapidement l’aggrégatdans une fiole avec 

agent de conservation.

Échantillonner avec carotteur et transférer 

dans une fiole de 40mL avec agent de 

conservation.

Carotteurs et préservation en chantier

MÉTHODE 5035AType de sol ?

Cohésif Non‐cohésif Cimenté

Échantillonner  avec une spatule et 

transférer dans une fiole de 40mL avec 

agent de conservation.

Échantillonner avec carotteur et 

transférer dans une fiole de 40mL avec 

agent de conservation.

Échantillonner avec carotteur et sceller hermétiquement l’échantillon.

Extraire l’échantillon du contenant scellé et le transférer dans une fiole de 40mL avec avec agent de conservation.

Analyser par GC‐MS. Analyser par GC‐MS.Analyser par GC‐MS.

Chantier

Laboratoire

Contenanthermétique

Briser en aggrégats qui peuvent entrer dans 

une fiole de 40mL avec un outil.  Transférer rapidement l’aggrégatdans une fiole avec 

agent de conservation.

Contenants hermétiques 

Délai de conservation: 48 h 

ESS Core N’One

En Core® Sampler

MÉTHODE 5035AType de sol ?

Cohésif Non‐cohésif Cimenté

Échantillonner rapidement avec une spatule et transférer dans une fiole de 

40mL avec agent de conservation.

Échantillonner avec carotteur et transférer 

dans une fiole de 40mL avec agent de 

conservation.

Échantillonner avec carotteur et sceller hermétiquement l’échantillon.

Extraire l’échantillon du contenant scellé et le transférer dans une fiole de 40mL avec avec agent de conservation.

Analyser par GC‐MS. Analyser par GC‐MS.Analyser par GC‐MS.

Chantier

Laboratoire

Matériaux non‐cohésifs ou denses

Briser en aggrégats qui peuvent entrer dans 

une fiole de 40mL avec un outil.  Transférer rapidement l’aggrégatdans une fiole avec 

agent de conservation.

AGENTS DE CONSERVATION

Méthanol Eau avec bisulfate

‐ Excellent solvant, permet l’extraction efficace des VOC qui débute lors de la mise en contact avec le sol 

‐ L’échantillon peut être analysé plusieurs fois

‐ Limite de détection plus faible que le méthanol

‐ Permet de quantifier le dibromométhane

‐ Limite de détection plus élevées que pour l’eau avec le bisulfate en raison d’un facteur de dilution

‐ Affinité du méthanol pour la contamination ambiante‐ blanc de terrain

‐ Extraction moins efficace que le méthanol

‐ L’échantillon ne peut être analysé qu’une seule fois

‐ Non applicable dans les sols calcaires

‐ Possibilité de réaction avec les composés humiques du sol pour former de l’acétone

AVAN

TAGES

INCO

NVÉ

NIENTS

LES COÛTS…Pour un forage de 8 m: 20 échantillons à prélever

ITEMS Méthodeactuelle

EPA 5035APréservationen chantier

Contenanthermétique

($/échantillon) 0 $  3,75 $ 15,00 $

Coûts pour 20 échantillons 0 $ 75,00 $ 300,00 $

TempsChantier1 2 h 2,5 h 2,5 h

Coûts pour un forage  500,00 $ 625,00 $ 625,00 $

TOTAL 500,00 $ 700,00 $ 925,00 $

Matériel

Hono

raire

s et fo

reuse

1: 250 $/h pour le technicien et l’équipe de foreurs 

PLAN DE LA PRÉSENTATION• MISE EN CONTEXTE

– Caractéristiques des COV– Échantillonnage et analyse au Québec– Inconvénients reliés à la méthode actuelle

• DESCRIPTION DE LA MÉTHODE 5035A– Échantillonnage des sols, laboratoire– Impacts sur les concentrations mesurées

• APPLICATION• IMPACTS PRATIQUES• CONCLUSION ET PÉRIODE DE QUESTIONS

ÉTUDE DE AGAT• Étude réalisée en Ontario• Participation de 15 firmes de consultants• Plus de 100 échantillons de sols dupliqués

prélevés 1) avec la méthode actuelle et 2) préservés en chantier

• Généralement, les échantillons “propres” demeurent “propres” (avec des exceptions)

• Les échantillons contaminés présententdes biais, surtout pour la fraction légère

Composé Critères de la Politique

Approche actuelle (mg/kg) Préservation en chantier(mg/kg)

A B C Échantillon1

Échantillon 2

Échantillon1

Échantillon2

Benzène0,1 0,5 5 0.04 <0.02 2.78 0.13

Toluène0,2 3 30 0.48 0.84 31.2 9.6

Ethylbenzène0,2 5 50 6.83 1.09 31.1 10.5

m et p Xylènes

0,2 5 50

30.1 7.67 97.5 51.3

o-Xylène15.6 3.32 44.2 18.3

RÉSULTATS‐ Exemple de données obtenues

Chromotogramme‐ Préservation méthanol

Chromotogramme – Approche actuelle

Composés de la fraction légère

Approche actuelle

Préservation en chantier

• Augmentation significative des concentrations des composés de la fraction légère qui fait la différence entre un site “propre” oucontaminé (benzène et toluène) 

• Concentration des composés de la fraction légère peuventaugmenter d’un facteur de 100 ou plus

• Moins d’impact pour les COV plus lourds• Augmentation typique des concentrations de 2X à 10 X pour les 

autres composés s (i.e. éthylbenzène and xylènes)Les résultats ont un impact sur l’évaluation de la qualité des sols en fonction des critères ou valeurs limites applicables.

CONCLUSIONS DE L’ÉTUDE

PLAN DE LA PRÉSENTATION• MISE EN CONTEXTE

– Caractéristiques des COV– Échantillonnage et analyse au Québec– Inconvénients reliés à la méthode actuelle

• DESCRIPTION DE LA MÉTHODE 5035– Échantillonnage des sols, laboratoire– Impacts sur les concentrations mesurées

• APPLICATION• IMPACTS PRATIQUES• CONCLUSION ET PÉRIODE DE QUESTIONS

APPLICATION‐ ÉTATS‐UNIS

Requise Permise Aucune action

APPLICATION‐ CANADACCME – Méthode recommandée dans la version révisée du  “GUIDE POUR L’ÉCHANTILLONNAGE, L’ANALYSE DES ÉCHANTILLONS ET LA GESTION DES DONNÉES DES LIEUX CONTAMINÉS” qui devrait paraître en 2014. “Soil and sediments samples requiring analysis for VOCs, BTEX, PHCs (F1), and THMs are preserved in the field with methanol or collected using hermitically sealed sampling devices. For BTEX and PHC (F1), this is an accepted deviation from the CCME method. An additional sample collected in a glass jar is required for moisture content determination. Each batch of methanol‐preserved soil samples  requires an additional vial pre‐charged with methanol for the field/travel blank. “

APPLICATION‐ Canada

Obligatoire  

depuis 2011

Obligatoirejuin 2014

Obligatoireà court terme

APPLICATION‐ Canada

Obligatoire  

depuis 2011

Obligatoirejuin 2014

Obligatoireà court terme

À l’étude

PLAN DE LA PRÉSENTATION• MISE EN CONTEXTE

– Caractéristiques des COV– Échantillonnage et analyse au Québec– Inconvénients reliés à la méthode actuelle

• DESCRIPTION DE LA MÉTHODE 5035– Échantillonnage des sols, laboratoire– Impacts sur les concentrations mesurées

• APPLICATION• IMPACTS PRATIQUES• CONCLUSION ET PÉRIODE DE QUESTIONS

IMPACTS PRATIQUES ‐ CHANGEMENT DE MÉTHODEPériode de transition

– Pour les laboratoires– Pour les consultants– Pour le MDDEFP

IMPACTS PRATIQUES ‐ CHANGEMENT DE MÉTHODE

Que fait‐on avec les sites déjà caractérisés et/ou réhabilités avec les techniques d’échantillonnage actuelles pour lesquels les concentrations en COV mesurées sont vraisemblablement plus faibles que les concentrations réelles?

Est‐ce qu’on doit ouvrir les dossiers et caractériser/réhabiliter les sites de nouveau?

IMPACTS PRATIQUES

Différentes approches• Ohio: “Ohio EPA will not require sampling and analysis plans and 

closure plans that were approved prior to June 30, 1998 to be modified to reflect the changes in soil sampling that is outlined in Method 5035.”

• Illinois: “The Illinois EPA will not investigate sites closed (i.e., No Further Remediation Letter, etc.) using the previous method for VOC sampling and analysis unless additional contaminants are identified that pose a threat to human health or the environment.”

IMPACTS PRATIQUES• Connecticut: “DEEP anticipates that the vast majority of data 

generated before the effective date of this will be acceptable without the need for resampling and analysis for VOCs. However, environmental professionals should evaluate the old data in the context of their site‐specific conceptual model to determine whether potentially low‐biased results for VOCs that may be present in soil at the site would create a significant data gap or whether the possible low bias might result in a potential significant risk to human health. Based on this evaluation, additional investigation and/or remediation may be warranted.”

Evaluation des données• Type, toxicité et durée de vie des COV présents• Importantes concentrations dans l’eau souterraine laissent

supposer la présence d’une source de contamination• Présence de récepteurs sensibles à proximité du site. 

IMPACTS PRATIQUESMÊME DANS LE CAS OÙ LES DOSSIERS NE SONT PAS RÉOUVERTS SUITE AU CHANGEMENT DE MÉTHODE:‐ Est‐ce qu’un éventuel acheteur sera intéressé 

par un terrain réhabilité avec la procédure actuellement utilisée? 

‐ Est‐ce que des transactions conclues pour des sites réhabilités avant le changement de méthode pourraient être l’objet de litiges?  

PLAN DE LA PRÉSENTATION• MISE EN CONTEXTE

– Caractéristiques des COV– Échantillonnage et analyse au Québec– Inconvénients reliés à la méthode actuelle

• DESCRIPTION DE LA MÉTHODE 5035– Échantillonnage des sols, laboratoire– Avantages et inconvénients

• APPLICATION• IMPACTS PRATIQUES• CONCLUSION ET PÉRIODE DE QUESTIONS

Conclusion‐ Avantages et Inconvénients

Méthode actuelle Préservation en chantierContenant hermétique

Concentrations obtenues moins représentatives de celles 

réellement présentes dans les sols en raison de la volatilisation et de la 

biodégradation des COV

‐ Légèrement plus dispendieux que la méthode actuelle 

‐ Implique une adaptation à une nouvelle méthode

‐ Interprétation des anciennes données 

‐ Moins dispendieux‐ Aucune adaptation à une 

nouvelle méthode

Minimise les pertes de COV en chantier et au laboratoire et permet 

l’obtention de résultats plus représentatifs

AVAN

TAGES

INCO

NVÉ

NIENTS

Conclusion‐ Avantages et Inconvénients

Méthode actuelle Préservation en chantierContenant hermétique

Concentrations obtenues moins représentatives de celles 

réellement présentes dans les sols en raison de la volatilisation et de la 

biodégradation des COV

‐ Légèrement plus dispendieux que la méthode actuelle 

‐ Implique une adaptation à une nouvelle méthode

‐ Interprétation des anciennes données 

‐ Moins dispendieux‐ Aucune adaptation à une 

nouvelle méthode

Minimise les pertes de COV en chantier et au laboratoire et permet 

l’obtention de résultats plus représentatifs

AVAN

TAGES

INCO

NVÉ

NIENTS

EN CONSIDÉRANT QUE LA MÉTHODE D’ÉCHANTILLONNAGE  ACTUELLE PEUT ENGENDRER LA PERTE DE  90 % DES COV…

PEUT‐ON SE PERMETTRE DE REJETER L’APPLICATION DE NOUVELLES MÉTHODES EN RAISON DE  DIFFICULTÉS RELIÉES À LA PÉRIODE DE TRANSITION?

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