Les hydrocarbures
Il est en des hydrocarbures comme de certains éléments traces minéraux : s’ils ont au départ une origine naturelle, leur présence dans l’environnement peut être un indicateur d’une pollution anthropique. Ajoutez une certaine toxicité pour l’écosystème et l’homme, et vous comprendrez pourquoi l’analyse des hydrocarbures fait partie des paramètres de contrôle de différents déchets destinés à retourner dans l’environnement. Zoom sur la nature et l’origine de ces composés organiques, les différentes techniques analytiques existantes (et leur signification) et l’utilisation des résultats d’analyses dans les sols (pollués), les sédiments, les déchets et les eaux.
- La grande famille des hydrocarbures
«Hydrocarbure » est un terme générique qui correspond en fait à une grande famille de composés regroupant des produits aussi différents que le pétrole brut, le pétrole raffiné, le kérosène, les essences, fuel, gasoil, lubrifiants, huiles à moteurs, ... Ils peuvent être d'origine naturelle ou synthétique. La principale source d'hydrocarbures naturels est constituée par des ressources fossiles telles que le pétrole et le gaz naturel. Ils proviennent de la décomposition d'une grande quantité de matière organique coincée entre deux couches sédimentaires. Cette décomposition n’a pu se faire que dans des contextes géologiques passés très spécifiques, ce qui explique la faible quantité de ressources disponibles. Cliquez sur l’image pour lancer une animation. Les hydrocarbures peuvent être présents dans le milieu naturel : dans les sols, dans les eaux, dans des boues ou les sédiments. Ils proviennent généralement de pollutions pétrolières (production, raffinage, transport, stockage et utilisation de produits pétroliers), générées par des accidents (cuves percées, accidents poids lourds), ou bien par des fuites (stations services, entrepôts, …). Ils peuvent également être issus de la pétrochimie, d’usines à gaz, de l’industrie chimique de base, de la fabrication du caoutchouc ou des industries mécaniques. Dans l’eau, ils ne sont pas ou peu solubles. Ils peuvent être à l’état de surnageant (pour les moins denses), à l'état d’émulsion ou bien de dépôt de fond (pour les plus denses).
Les hydrocarbures sont composés d’atomes de carbone et d’hydrogène. On peut les classer selon l’organisation de leurs atomes de carbone :
• Les alcanes sont constitués de chaînes linéaires ou ramifiées comprenant au minimum 5 atomes de carbone. Leur point d’ébullition (passage à l’état de gaz) se situe entre 35 °C et 490 °C. Ils ne sont donc généralement pas volatils à la température ambiante.
• Les hydrocarbures aromatiques monocycliques (benzène, toluène, éthylbenzène, xylènes, …) ou polycycliques (HAP).
Plus un hydrocarbure présente un nombre d’atomes de carbone élevé, plus il est qualifié de « lourd ». Le poids moléculaire est directement lié au nombre d’atomes de carbones présents. Les hydrocarbures volatils (solvants), sont généralement constitués d’un mélange d’hydrocarbures présentant un faible nombre de carbones. Les hydrocarbures lourds (fuels, huiles) présentent à l’inverse un mélange de molécules présentant un poids moléculaire élevé, avec un nombre de carbone plus élevé. Les hydrocarbures aliphatiques sont constitués d’une chaîne carbonée linéaire saturée. Ce sont les composants principaux des gaz de combustion (gaz naturel et gaz de pétrole liquéfié), essence et huile de moteur. La toxicité de ces composés est inférieure à celle des HAP et, une fois émis dans l’environnement, ils sont plus sensibles aux phénomènes d’altération et persistent donc moins dans le milieu. Cependant, les flux de composés aliphatiques observés sont plus importants que ceux des composés aromatiques.
- Les hydrocarbures au laboratoire
L’analyse des hydrocarbures se fera différemment selon que l’échantillon est solide ou liquide.
• Matrices solides
Sur les matrices solides, on utilise un solvant apolaire, l’hexane (C6H14), pour extraire les hydrocarbures présents dans le support (sol, boue, déchet). Le dosage, après purification de l’extrait, se pratique par chromatographie en phase gazeuse avec détection par ionisation de flamme (FID). Cette méthode est applicable lorsque la teneur en hydrocarbures est comprise entre 100 et 10 000 mg/kg sec. Elle permet de quantifier tous les hydrocarbures ayant une plage d'ébullition comprise entre environ 175 °C et 525 °C. Elle permet de doser par exemple les n-alcanes de C10H22 à C40H82, les iso-alcanes, les cyclo-alcanes, les alkyl-benzènes, les alkylnaphthalènes et les composés aromatiques polycycliques dans la mesure où ils ne sont pas adsorbés sur la colonne de purification. Les résultats sont exprimés en concentration en huiles minérales C10-C40, en mg/kg de MS.
Il faut souligner que cette méthode présente une limite : elle n’est adaptée qu’à la quantification des hydrocarbures comprenant 10 à 40 atomes de carbone (du n décane au n-tétracontane), c’est-à-dire des hydrocarbures peu volatils de type fuels et gasoil, et des hydrocarbures plus lourds de type huiles de coupe, lubrifiants, huiles de vidanges et goudrons. Elle ne permet pas de quantifier les hydrocarbures volatils (essences). Dans les matrices solides, pour apprécier la présence d’hydrocarbures volatils, il est préconisé d’analyser les solvants aromatiques (BTEX).
Le passage de l’extrait dans le chromatographe permet d’obtenir un chromatogramme. On compare le chromatogramme obtenu à celui d’un étalon afin d’en déduire la concentration en hydrocarbures.
Il existe deux normes sur matrices solides basées sur le principe analytique exposé ci-dessus :
- NF EN 14039, dosage des hydrocarbures sur déchets
- NF EN ISO 16703, dosage des hydrocarbures dans les sols.
• Les hydrocarbures dans l’eau
Dans les matrices liquides, le même solvant, l’hexane, est utilisé pour réaliser l’extraction des hydrocarbures présents. L’extraction est directement réalisée dans le flacon qui contient l’échantillon, afin d’extraire l’ensemble des hydrocarbures présents. Le dosage en GC/FID permet d’obtenir l’indice hydrocarbure, correspondant à la quantification des composés en C10 à C40 (norme NF EN ISO 9377-2). Contrairement aux matrices solides, il existe une méthode permettant de doser les hydrocarbures volatils à chaîne courte (C5 à C11) dans les eaux : l’indice hydrocarbures volatils. La technique analytique est proche de celle de l’indice hydrocarbure (chromatographie phase gaz/ détecteur FID). Le cumul des résultats de l’analyse de l’indice hydrocarbure C10-C40 avec celui de l’indice hydrocarbures volatils (C5-C11) permet d’obtenir les hydrocarbures totaux.
- Utilisation des résultats
Il existe plusieurs textes réglementaires, pour différentes matrices en fonction de leur destination, dans lesquels sont fixées des concentrations maximales en hydrocarbures. L’analyse des hydrocarbures répond donc souvent à un besoin réglementaire. On peut citer notamment :
- L’arrêté du 09/08/2006 relatif aux niveaux à prendre en compte lors d’une analyse de rejet de rejet dans les eaux de surface ou de sédiments marins, estuariens ou extraits de cours d’eau ou de canaux, mentionnant des concentrations maximales situées entre 0,1 et 0,5 kg/jour
- L’arrêté du 28/10/2010 relatif aux critères d’admission des déchets inertes en centre de stockage (classe III), fixant une valeur maximale de 500 mg/kg sec pour les hydrocarbures C10-C40,
- L’arrêté du 03/04/2000 relatif à l’industrie papetière, avec des valeurs maximales de rejet dans les eaux de surface de 10 mg/l d’hydrocarbures totaux si le rejet dépasse 100 g/j. Lorsque le flux total de 10 kg/j est dépassé, l'exploitant réalise les mesures de suivi sur ses effluents aqueux, avec un prélèvement asservi au débit, qu’ils soient rejetés dans le milieu naturel ou dans un réseau de raccordement à une station d'épuration collective. Dans le cas d’un rejet dans le milieu naturel, l’étude peut s’étendre aux eaux de surface et/ou sédiments et/ou faune et flore aquatique.
Les techniques d’analyses des hydrocarbures peuvent aussi être utilisées comme outil d’investigation performant dans le milieu naturel. Elles permettent de quantifier les hydrocarbures mais également de les qualifier en comparant les chromatogrammes obtenus à des étalons d’hydrocarbures standards (huiles, gazole, paraffines, …). Chaque type d’hydrocarbure présente un profil chromatographique spécifique. Cette caractéristique est intéressante, notamment dans le cadre de recherche de pollutions au sein d’un réseau d’assainissement par exemple. On parle couramment d’empreinte hydrocarbure. Il est donc possible pour le laboratoire de procéder à des analyses tout au long du réseau et de s’assurer que les hydrocarbures détectés présentent le même profil et qu’ils sont donc issus de la même source polluante.
Le laboratoire LCA réalise les déterminations des huiles minérales C10-C40 dans les matrices solides et pâteuses, et des hydrocarbures volatils ainsi que l’indice hydrocarbure C10-C40 dans les eaux. Il est également en mesure d’effectuer le prélèvement de vos échantillons. N’hésitez pas à nous contacter !
