Analyse physico-chimique : comprendre, mesurer et caractériser la matière

Définition de l’analyse physico-chimique

Une analyse physico-chimique étudie les caractéristiques des matériaux ou de la matière première analysée, dans le cas des éléments naturels comme le sol, l’eau ou l’air. Ses buts sont multiples : s’assurer de la qualité des produits ou composants naturels mais aussi respecter les réglementations en vigueur. Ce travail ne peut s’effectuer qu’en laboratoire avec des instruments scientifiques : microscope à balayage électronique, spectroscope….

Différents types d’analyses physico-chimiques sont possibles :

• L’analyse de la composition et de la structure de la matière première : composition chimique et caractéristique.
• Analyse du comportement du matériau et de ses propriétés physiques, thermiques ou mécaniques. L’échantillon est soumis à différentes conditions de température ou de pression.

Différence avec une analyse chimique pure

L’analyse physico-chimique ne recherche pas seulement les composés chimiques d’un matériau ou d’une matière première. Contrairement à une analyse chimique pure qui ne va déceler que les éléments chimiques, comme les métaux lourds (mercure, plomb, arsenic…), les pesticides, les PFAS ou l’azote, le phosphore ou le potassium. Autant de composants que l’on retrouve communément dans les sols.

Pourquoi est-elle incontournable dans de nombreux secteurs ?

L’analyse physico-chimique s’effectue dans de très nombreux secteurs pour vérifier la qualité et la performance des produits. Mais aussi pour s’assurer qu’ils ne présentent pas de danger et sont conformes à la réglementation en vigueur. Les matières premières les plus souvent testées sont le sol, l’eau et l’air, notamment pour y déceler d’éventuels polluants.

Les secteurs d’activités les plus concernés par ces tests sont ceux dans lesquels on utilise des produits chimiques et des processus industriels, comme la conception de cosmétiques et médicaments, la métallurgie, la production d’énergie, l’automobile, l’aéronautique ou encore la défense.

Contrôle qualité des matières premières ou produits finis

Première motivation pour diligenter une analyse physico-chimique ? Contrôler la qualité des matières premières utilisées dans la confection d’un produit. Elle intervient aussi en bout de chaîne pour vérifier que le produit fini est conforme et ne présente pas de dangers pour le consommateur final. L’analyse physico-chimique est donc effectuée à plusieurs reprises, tout au long du cycle de vie du médicament, du produit cosmétique, du véhicule, du bijou ou de l’appareil électronique.

Conformité réglementaire (normes, REACH, sécurité sanitaire…)

Ce type d’analyse sert aussi à vérifier que le produit respecte les normes. On peut citer le règlement européen REACH (Registration Evaluation and Authorization of Chemicals) qui est entré en vigueur le 1er juin 2007. Il protège les êtres humains et l’environnement de substances chimiques qui peuvent être néfastes. L’analyse REACH concerne les structures productrices ou importatrices de substances chimiques à hauteur d’au moins 1 tonne par an.

D’autres analyses physico-chimiques peuvent être menées. Par exemple pour rechercher la présence de substances interdites comme le Bisphénol A, de métaux lourds ou de solvants.

Enfin, ces tests visent aussi à vérifier que le produit est sans danger et ne peut pas se rompre, se fissurer ou se corroder. Pour cela, il est soumis à différentes contraintes mécaniques, de pression ou de température pour vérifier son comportement.

Diagnostic environnemental : eau, sol, air

Ce type d’analyse vise aussi des fins de diagnostic environnemental. La composition de l’eau, du sol ou de l’air peut être analysée. Le plus souvent, on recherche des polluants néfastes à la santé humaine et aux écosystèmes. Par exemple, les PFAS ou les pesticides dans l’eau, les métaux lourds ou les pesticides dans les sols, les particules fines (PM 2.5, PM 10), l’ozone ou le dioxyde d’azote dans l’air.

Recherche & développement (R&D)

Enfin, une analyse physico-chimique peut être menée dans un objectif de recherche et développement (R&D) pour concevoir un nouveau produit ou l’améliorer. Ou encore tester de nouveaux matériaux ou alliage de matériaux encore peu utilisés. 

Propriétés physiques

Une analyse physico-chimique sert d’abord à mesurer les propriétés physiques d’un matériau fini ou d’une matière première comme la terre. On peut ainsi évaluer le pH qui qualifie le niveau d’acidité. Ainsi un sol acide est compris entre un pH de 5,5 et 7 mais une eau acide possède un pH inférieur à 7. On peut également vérifier la conductivité, la densité, la température ou encore la turbidité. Ce dernier indicateur concerne l’eau et mesure la présence de matériaux en suspension comme la terre ou les algues.

Propriétés chimiques

Le tableau ci-dessous liste plusieurs éléments chimiques, souvent recherchés au sein des analyses physico-chimiques. Ainsi que les matériaux ou matières premières dans lesquels ils sont les plus présents et leurs caractéristiques.

Cette liste n’est pas exhaustive. On peut également citer les COV, qui sont des composés organiques volatils, notamment présents dans les sols et l’air intérieur. Ils sont produits par la cuisson, la fumée de cigarette, certains meubles et revêtements de sol, les gaz d’échappement ou les produits de nettoyage. 

Méthodes de base

Pour une analyse physico-chimique les scientifiques utilisent quelques méthodes de base :

• La gravimétrie permet de mesurer la masse d’une substance et ainsi vérifier le niveau de pureté d’un échantillon.
• La spectrométrie étudie les spectres produits par l’interaction entre la matière et les rayonnements de la lumière, de rayons X ou d’électrons. On peut ainsi analyser la concentration et la répartition des composants du matériau.
• Le titrage cherche à engendrer une réaction chimique au niveau du produit analysé et du réactif utilisé. On utilise le plus souvent une solution aqueuse.

Méthodes instrumentales avancées

Il existe aussi des méthodes plus avancées pour effectuer une analyse physico-chimique. C’est le cas de la chromatographie qui permet de séparer les constituants d’un mélange. Elle peut s’effectuer en phase gazeuse (GC) ou en phase liquide à haute performance (HPLC).

On peut aussi citer les ICP pour détecter des éléments chimiques à une concentration très faible, de l’ordre de quelques nanogrammes par litre. La spectroscopie infrarouge (ou IR) pour identifier des composés ou déterminer la composition d’un échantillon. La spectroscopie en ultra-violet concerne l’analyse des solutions liquides ou gazeuses.

Méthodes normalisées et accréditations pour l’analyse physico-chimique

La principale accréditation pour l’analyse physico-chimique est celle délivrée par le Cofrac. On peut également citer la norme ISO 17025. Elle garantit notamment des méthodes d’essai et de calibration fiables et la traçabilité des mesures. Ce type de laboratoire est en capacité de contrôler la pureté des matières premières ou vérifier que les produits finis respectent la réglementation.

Quelques analyses selon le secteur d’activités concerné :

• Recherche des HCT (hydrocarbures totaux), COT (carbone organique total) ou résidus inorganiques pour les dispositifs médicaux.
• Analyses d’impuretés élémentaires pour les produits pharmaceutiques.
• Analyses des métaux lourds dans les cosmétiques.
  
  

Environnement : analyse du sol, de l’eau, de l’air

À travers l’analyse physico-chimique, on teste d’abord la qualité du sol, de l’eau et de l’air. Les éléments les plus recherchés sont les métaux lourds, pesticides, hydrocarbures et PFAS qui ont un impact fort sur la santé humaine et la préservation des écosystèmes. Dans l’air, les particules et le dioxyde d’azote sont les composés les plus fréquemment évalués, d’autant plus avec la mise en place des organismes de surveillance de la qualité de l’air comme Airparif pour la région parisienne ou Atmo Auvergne-Rhône-Alpes pour la région de Lyon.

Agriculture : fertilité, pollution, conformité

L’agriculture est aussi un secteur d’activités dans lequel cette analyse est cruciale. La fertilité du sol, sa texture, son acidité ou ses capacités drainantes sont évalués pour introduire des actions correctives et les engrais adéquats. Les polluants du sol sont également détectés, les plus fréquents étant les pesticides, PFAS et métaux lourds.

Industrie : contrôle matière première / produit fini

Dans l’industrie, l’analyse physico-chimique intervient en amont et en aval, à la fois au stade de la matière première et à celle du produit fini. Ceci pour vérifier que les matériaux utilisés sont conformes et sans résidus toxiques et que la production est robuste, dépourvue de défauts et qu’elle peut être utilisée sans risques par l’utilisateur final.

Santé, cosmétique, pharmacie, construction

Ces analyses sont, le plus souvent, effectuées dans des secteurs spécifiques comme la santé : médicaments, dispositifs médicaux… Mais aussi la cosmétique, la construction et la conception des produits du quotidien que sont les vêtements, les bijoux, le matériel high-tech ou les biens destinés aux bébés et aux enfants.

Étape 1 : le prélèvement (solide, liquide, gaz)

En fonction des éléments recherchés et de la technique de laboratoire utilisée, la nature du prélèvement varie. Elle peut être solide, par exemple pour les tests effectués sur le sol et la terre, ou les métaux, liquide pour l’eau et des matières premières aqueuses. L’état gazeux concerne surtout les mesures de la qualité de l’air ou l’usage de la technique de la spectroscopie.

Étape 2 : le conditionnement et l’envoi au laboratoire

L’échantillon est ensuite conditionné. L’eau et la terre peuvent être transportées facilement dans des contenants hermétiques, avec une précaution complémentaire pour des échantillons potentiellement contaminés. Pour l’état gazeux, les mesures s’effectuent le plus souvent in situ, notamment pour l’air.

Étape 3 : le traitement en laboratoire

Le traitement en laboratoire utilise différentes techniques, des plus simples aux plus sophistiquées. Certaines peuvent être mises en œuvre avec un matériel basique et réalisées par un particulier. Par exemple tester le pH de la terre avec des bandelettes, disponibles en magasin de jardinage. Ou effectuer le test du bocal pour évaluer la texture de sa terre : sableuse, limoneuse, argileuse ou humifère. Mais, pour une analyse entièrement fiable, le passage de l’échantillon en laboratoire est fondamental.

Étape 4 : le rapport et l’interprétation

Une fois les différentes analyses effectuées, le technicien va rédiger un rapport avec l’interprétation des résultats. Dans certains cas, une restitution orale peut accompagner le compte-rendu écrit, notamment si les tests ont été commandés par une entreprise industrielle dans le cadre d’un contrôle qualité par exemple. 

Critères : accréditation COFRAC, normes ISO, domaines couverts

Choisissez un laboratoire accrédité Cofrac. Cet organisme délivre une accréditation aux laboratoires qui reconnaît leur impartialité et leurs compétences techniques. Elle est obligatoire dans certaines situations. C’est le cas des organismes qui certifient des produits ou services ou des laboratoires de biologie médicale. Différentes normes ISO sont adossées à cette certification. Par exemple, la norme ISO 15189 pour les laboratoires de biologie médicale ou ISO/IEC 17025 pour les laboratoires d’essai.

Délais, formats de résultats, interprétation fournie ou non

Les délais sont variables. Comptez quelques semaines environ pour les analyses les plus complexes, d’autant plus si le rapport est long et que vous bénéficiez d’une entrevue avec le technicien. Les résultats doivent être transcrits par écrit avec mention des valeurs cibles et interprétation des indicateurs trouvés.

Cas particulier : laboratoire pour analyse de sol

Pour l’analyse de sol, l’accréditation Cofrac n’est pas obligatoire, mais recommandée. Surtout pour les tests agricoles ou qui décèlent les polluants du sol, le caractère indépendant des résultats est crucial. C’est le cas de Pouryère, qui propose des kits de prélèvements de la terre avec tests en laboratoire accrédité Cofrac. 

Un accompagnement complet, de la prise d’échantillon à l’interprétation

Pouryère vous accompagne tout au long du processus de votre analyse de sol. Nos kits de prélèvement sont associés à un guide complet pour vous orienter dans cette action. Une fois cette mission effectuée vous n’avez plus qu’à nous envoyer vos échantillons pour analyse et interprétation complète sous dix jours environ.

Des solutions pour particuliers, agriculteurs, collectivités et entreprises

Chaque kit d’analyse de sol est spécialisé et poursuit un but précis :

• AGROKIT pour l’analyse agronomique du sol.
• POLLUKIT pour les polluants.
• PESTIKIT pour la détection des pesticides.
• PFASKIT pour les PFAS.
• METKIT pour les métaux du sol.
• SOLKIT pour l’état de santé complet du sol (analyse agronomique, détection des polluants et métaux).
• ISDIKIT à destination des professionnels du BTP.