Que sont les robinetterie cryogénique et basse température ?
La robinetterie cryogénique désigne l'ensemble des vannes, robinets, clapets et soupapes conçus pour fonctionner à des températures extrêmement basses, typiquement entre -50 °C et -253 °C. Les applications cibles sont les terminaux méthaniers GNL (gaz naturel liquéfié à -163 °C, Dunkerque LNG, Fos Cavaou 13, Fos Tonkin 13, Montoir-de-Bretagne 44), les unités de séparation des gaz de l'air (Air Liquide, Linde, fabricants oxygène -183 °C, azote -196 °C, argon -186 °C), les chaînes de production hydrogène liquide (LH2 -253 °C, futur projet HyLighter Engie, projets Air Liquide Normand'Hy), les usines de fertilisants (ammoniac liquide -33 °C), les sites pétrochimiques (éthylène -104 °C, propylène -48 °C, butane -1 °C). Les contraintes techniques sont extrêmes : retrait thermique différentiel (acier inox 316L se rétracte de 0,3 % entre 20 °C et -196 °C), fragilisation au froid (acier carbone interdit en dessous de -29 °C), nécessité d'allonges cryogéniques (extensions de tige) pour maintenir l'actionneur à température ambiante.
En France, KSB SAS (siège France Le Pecq 78, site production majeur Châteauroux 36 avec 700 salariés, filiale du groupe KSB AG Allemagne, CA mondial 2,5 Md€/an) est le leader français de la robinetterie process incluant gamme cryogénique pour applications GNL, pétrochimie, hydrogène. Velan SAS Lyon 69 (filiale du canadien Velan Inc Montréal, environ 250 salariés en France) est spécialiste mondial des vannes cryogéniques (gamme Securaseal, Memoryseal, Torqseal pour GNL et nucléaire NRC). Bopp & Reuther France (filiale Bopp & Reuther Allemagne) fournit robinetterie de sécurité incluant soupapes basse température. Sapag (Riom 63, filiale du groupe américain CIRCOR International depuis 2011, environ 200 salariés en France) fabrique vannes industrielles incluant gamme cryogénique. Bürkert France Triembach-au-Val 67 propose vannes process inox 316L pour gaz industriels. Les fabricants français adressent aussi les marchés export Moyen-Orient (Qatar, Arabie Saoudite QatarEnergy LNG, Aramco), Asie (terminaux GNL Chine, Inde), Europe (terminaux Pologne, Allemagne).
Spécifications techniques et procédés de production
Principales familles de robinetterie cryogénique fabriquée en France :
Familles de produits et caractéristiques
| Type vanne | Plage température | Diamètre DN | Pression PN | Fabricant français |
|---|---|---|---|---|
| Vanne à boisseau sphérique cryogénique inox 316L | -196 °C à +200 °C | DN 15 à DN 600 | PN 16 à PN 100 | KSB SAS Châteauroux 36 |
| Vanne papillon double excentrique cryogénique | -196 °C à +200 °C | DN 80 à DN 1200 | PN 10 à PN 40 | KSB SAS Châteauroux 36 |
| Vanne à opercule cryogénique forgée | -253 °C à +200 °C | DN 15 à DN 400 | PN 16 à PN 420 | Velan SAS Lyon 69 (gamme Securaseal) |
| Soupape de sécurité cryogénique GNL | -163 °C à +200 °C | DN 25 à DN 250 | PN 16 à PN 100 | Bopp & Reuther France |
| Clapet anti-retour cryogénique | -196 °C à +200 °C | DN 25 à DN 600 | PN 16 à PN 100 | Sapag Riom 63 |
| Vanne globe cryogénique inox CF8M | -196 °C à +200 °C | DN 15 à DN 300 | PN 16 à PN 100 | KSB SAS et Velan SAS |
Grades et conditionnements commerciaux
- Vanne boisseau sphérique cryogénique inox 316L (KSB SAS Châteauroux 36) : DN 15 à DN 600, pression PN 16 à PN 100, allonges cryogéniques 230 mm à 1 200 mm selon DN, étanchéité Soft Seat PTFE renforcé verre ou PEEK basse température, applications GNL terminaux Fos Cavaou 13.
- Vanne papillon double excentrique GNL (KSB Châteauroux 36) : DN 80 à DN 1 200, corps acier inox CF3M (équivalent 316L bas carbone soudable), siège métal-métal stellite 6 sur stellite 21, étanchéité bidirectionnelle classe VI selon ANSI FCI 70-2.
- Vanne à opercule forgée Velan Securaseal (Velan SAS Lyon 69) : DN 15 à DN 400, pression API 600 / ASME B16.34 jusqu'à 2500# (PN 420), allonges cryogéniques jusqu'à 1 500 mm pour hydrogène liquide -253 °C, applications nucléaire NRC et GNL.
- Soupape de sécurité cryogénique GNL (Bopp & Reuther France) : DN 25 à DN 250, pression de tarage 0,5 à 100 bar, ressort inox 316L température basse, soufflet d'équilibrage Inconel 625 pour applications -163 °C terminaux méthaniers.
- Vanne globe cryogénique inox CF8M moulé (KSB SAS Châteauroux 36 + Velan Lyon 69) : DN 15 à DN 300, allonges cryogéniques 300-800 mm, garniture graphite renforcé Inconel pour stockage azote liquide -196 °C unités ASU Air Liquide.
Normes et réglementations
Référentiels normatifs et réglementaires applicables à la robinetterie cryogénique :
- EN ISO 28921 (parties 1 et 2) : Robinetterie industrielle - Robinets d'isolement pour service basse température - Conception, fabrication, essais de type cryogéniques jusqu'à -196 °C.
- BS 6364 : Specification for valves for cryogenic service, norme britannique référence mondiale industrie GNL et hydrogène, exigences essai cryogénique sous azote liquide.
- ASME B16.34 : Valves Flanged, Threaded, and Welding End, norme américaine pression-température classes 150# à 4500# applicable robinetterie cryogénique exportée US.
- API 6D : Specification for Pipeline and Piping Valves, applicable vannes ligne et tronçons cryogéniques GNL transport et stockage.
- ATEX 2014/34/UE + Directive Équipements Sous Pression DESP 2014/68/UE : marquage CE obligatoire robinetterie cryogénique installée dans atmosphères explosives (zones gaz 0/1/2 ou poussières 20/21/22).
- NF EN 12516 (parties 1 à 4) : Robinetterie industrielle - Résistance mécanique des enveloppes, calculs pression-température robinetterie incluant matériaux cryogéniques inox CF8M, CF3M, bronze d'aluminium.
Procédés industriels détaillés
Étapes industrielles de fabrication d'une vanne cryogénique :
Sélection matériaux et conception thermique
Sélection matériaux compatibles cryogénique : corps en inox austénitique 316L ou CF8M (température mini -196 °C), Inconel 625 ou 718 (jusqu'à -253 °C hydrogène), bronze d'aluminium (oxygène pur sans risque ignition). Conception thermique avec allonge cryogénique calculée selon EN ISO 28921 pour maintenir actionneur > -29 °C.
Fonderie ou forgeage corps
Fonderie acier inox austénitique CF8M / CF3M en fonderies françaises spécialisées (Manoir Industries Ham 80, Aubert & Duval Imphy 58) avec contrôles radiographique RT et ressuage PT 100 % pour zones critiques. Pour DN < 100 et hautes pressions, forgeage par presses 5 000-10 000 t (Aubert & Duval Pamiers 09).
Usinage CNC haute précision
Usinage CNC 5 axes des portées de siège et logements bille en tolérance H7 (microns), rectification des bagues d'étanchéité métal-métal en stellite 6, usinage des soufflets de tige inox pour étanchéité tige sans fuite mesurable (< 1.10⁻⁹ Pa.m³/s).
Assemblage et essais cryogéniques
Assemblage en salle propre ISO 8 si applications oxygène (interdiction huile/graisse hydrocarbonée), montage soft seat PTFE renforcé ou métal-métal, essai cryogénique sous azote liquide -196 °C selon BS 6364 dans cuves immergées 8h minimum (KSB Châteauroux 36 dispose de 3 bancs cryogéniques certifiés).
Tests fuite hydrogène / hélium
Tests fuite à l'hydrogène ou hélium par spectromètre de masse (sensibilité < 1.10⁻⁹ Pa.m³/s), tests à pression nominale x 1,5 (test hydrostatique), tests à pression cryogénique x 1,1, contrôle couple manœuvre à -196 °C (augmentation typique +30-50 % vs ambiant).
Marquage CE PED + certificats 3.1 / 3.2
Marquage CE conforme DESP 2014/68/UE catégorie II/III/IV selon fluide groupe 1 (dangereux) ou 2, certificats matière 3.1 ou 3.2 EN 10204 (analyses chimiques + essais mécaniques traçables fournisseur), dossiers PMI Positive Material Identification, expédition emballage spécial atmosphère inerte si requis oxygène.
Le marché français
Le marché mondial de la robinetterie cryogénique représente environ 4 Md$ par an en 2024, en croissance soutenue de +8 %/an portée par le boom du GNL (gaz naturel liquéfié) post-crise énergétique 2022, le développement de l'hydrogène vert (projets gigafactoires Air Liquide Normand'Hy 200 MW, HyVolution 100+ projets France 2030) et la modernisation des unités de séparation des gaz de l'air (Air Liquide, Linde, Air Products). Le marché européen pèse 800 M€/an, dominé par les fabricants allemands (Velan Cryostar Hattersheim, KSB Frankenthal, Klinger), italiens (Cesare Bonetti, Pibiviesse, Fratelli Tognella), suisses (Cryostar Hégenheim 68 filiale Linde) et français (KSB SAS Châteauroux 36, Velan SAS Lyon 69, Bopp & Reuther, Sapag Riom 63).
La France compte plusieurs sites cryogéniques majeurs équipés en robinetterie spécialisée : terminaux GNL Dunkerque LNG (filiale Fluxys et EDF, capacité 13 Gm³/an), Fos Cavaou 13 (Elengy filiale GRTgaz, 8,25 Gm³/an), Fos Tonkin 13 (Elengy, 7 Gm³/an), Montoir-de-Bretagne 44 (Elengy, 10 Gm³/an), unités ASU Air Liquide à Lavera 13, Fos-sur-Mer 13, Dunkerque 59 (capacités 5 000-10 000 t O2/jour), sites Linde Boulogne-sur-Mer 62 et Florange 57. Le projet HyVolution / Normand'Hy d'Air Liquide à Port-Jérôme Gravenchon 76 (200 MW électrolyseurs, mise en service 2026-2027) génère une demande importante en robinetterie hydrogène liquide -253 °C.
KSB SAS (siège Le Pecq 78, site Châteauroux 36 700 salariés, CA France 250 M€/an) investit 30 M€ entre 2023 et 2027 dans la modernisation du site Châteauroux 36 incluant nouvelle ligne d'essais cryogéniques certifiés BS 6364 et EN ISO 28921. Velan SAS Lyon 69 (filiale Velan Canada acquise par Flowserve US en 2023, environ 250 salariés France) a renforcé sa gamme Securaseal pour hydrogène liquide LH2 et applications nucléaires SMR (Small Modular Reactors). Bopp & Reuther France développe gamme soupapes cryogéniques GNL pour terminaux flottants FSRU. Le secteur robinetterie industrielle français emploie environ 8 000 personnes (PROFLUID, syndicat de la robinetterie).
Applications et débouchés industriels
Programmes publics soutenant la filière française robinetterie cryogénique :
- France 2030 hydrogène (9 Md€ 2021-2030) : volet électrolyseurs et infrastructures hydrogène incluant robinetterie cryogénique LH2, projet HyVolution / Normand'Hy Air Liquide 200 MW.
- Programme PIIEC Hy2Tech et Hy2Use (UE 5,4 Md€ subventions États 2022) : soutien à la filière hydrogène européenne incluant équipementiers robinetterie cryogénique.
- Plan de relance France 2030 GNL et sécurité énergétique : modernisation terminaux Dunkerque LNG, Fos Cavaou 13, Fos Tonkin 13, Montoir-de-Bretagne 44 incluant remplacement robinetterie vieillissante.
- Programme CORAC aviation hydrogène (1,5 Md€ 2021-2030) : robinetterie cryogénique LH2 pour applications aéronautiques Airbus ZEROe Toulouse 31.
- Crédit d'impôt CIR pour R&D robinetterie cryogénique : 30 % crédit d'impôt sur dépenses R&D KSB SAS Châteauroux 36 et Velan SAS Lyon 69.
Questions fréquentes
Qu'est-ce qu'une vanne cryogénique et pourquoi a-t-elle une allonge ?
Une vanne cryogénique est une robinetterie conçue pour fonctionner à des températures extrêmement basses (typiquement -50 °C à -253 °C) avec des fluides comme le GNL méthane liquide -163 °C, l'azote liquide -196 °C, l'oxygène liquide -183 °C, l'argon liquide -186 °C, l'hydrogène liquide LH2 -253 °C. L'allonge cryogénique (aussi appelée extension de tige ou bonnet allongé) est un tube en acier inox 316L de longueur 200 mm à 1 500 mm soudé entre le corps de vanne et le presse-étoupe, calculé selon EN ISO 28921 pour créer un gradient thermique progressif. Cela maintient le presse-étoupe et l'actionneur à une température > -29 °C (limite de fragilisation des aciers carbone), évite la condensation et le givrage de l'actionneur, et facilite la maintenance. La longueur de l'allonge est dimensionnée selon la température fluide, le diamètre nominal DN, le degré d'isolation extérieure et l'orientation (vanne horizontale vs verticale).
Quels matériaux pour la robinetterie cryogénique ?
Les matériaux compatibles avec les températures cryogéniques sont strictement limités car les aciers carbone classiques (S235, P265GH) deviennent fragiles en dessous de -29 °C (rupture fragile sans déformation plastique). Les matériaux qualifiés sont : aciers inoxydables austénitiques 316L et 304L (qualifiés jusqu'à -196 °C, structure cubique faces centrées CFC sans transition ductile-fragile), inox CF8M et CF3M moulés (équivalents 316L et 316LN), bronze d'aluminium (CuAl10Fe5Ni5, compatible oxygène pur sans risque ignition), Inconel 625 et 718 (alliages base nickel, qualifiés jusqu'à -253 °C hydrogène liquide), Monel 400 (Ni-Cu pour applications fluor F2). Les garnitures sont en PTFE renforcé verre (-200 °C), PEEK (-50 °C), graphite expansé (graphite flexible), métal-métal stellite 6 sur stellite 21 pour étanchéité haute fiabilité. Les joints d'étanchéité tige utilisent des soufflets métalliques inox 316L ou Inconel pour fuite mesurable < 1.10⁻⁹ Pa.m³/s.
Quelle norme BS 6364 pour les vannes cryogéniques ?
La norme britannique BS 6364 'Specification for valves for cryogenic service' (publiée 1984, révisée 1998) est devenue la référence mondiale pour la qualification des vannes cryogéniques, adoptée par l'industrie GNL depuis les années 1990. Elle définit les essais de type cryogéniques obligatoires : essai à l'azote liquide -196 °C pendant minimum 8 heures, tests d'étanchéité interne (siège) et externe (presse-étoupe + assemblage corps-bonnet) à pression nominale, mesure de la fuite par capture du gaz vaporisé (typiquement < 100 ml/min/inch DN pour étanchéité classe VI), tests de manœuvre à froid (le couple peut augmenter +30-50 % vs ambiant), cycles thermiques 20 °C → -196 °C → 20 °C pour vérifier la tenue aux chocs thermiques. La norme européenne équivalente EN ISO 28921 (parties 1 et 2, publiées 2013) harmonise les exigences mondiales et est compatible avec BS 6364. Les fabricants français KSB SAS Châteauroux 36 et Velan SAS Lyon 69 disposent de bancs d'essais cryogéniques certifiés par Bureau Veritas et TÜV.
Qui sont les fabricants français de robinetterie cryogénique ?
KSB SAS (siège France Le Pecq 78, site production majeur Châteauroux 36 avec 700 salariés, filiale du groupe allemand KSB AG, CA mondial 2,5 Md€/an, CA France 250 M€/an) est le leader français de la robinetterie process incluant gamme cryogénique pour GNL, hydrogène, pétrochimie. Velan SAS Lyon 69 (environ 250 salariés en France, filiale du canadien Velan Inc Montréal acquis par Flowserve US en 2023) est spécialiste mondial des vannes cryogéniques avec gammes Securaseal, Memoryseal, Torqseal pour applications GNL et nucléaire NRC. Bopp & Reuther France (filiale Bopp & Reuther Allemagne, environ 80 salariés) fournit robinetterie de sécurité incluant soupapes basse température pour terminaux GNL. Sapag Riom 63 (Puy-de-Dôme, filiale du groupe américain CIRCOR International depuis 2011, environ 200 salariés) fabrique vannes industrielles incluant gamme cryogénique. Bürkert France Triembach-au-Val 67 propose vannes process inox 316L pour gaz industriels. Cryostar Hégenheim 68 (filiale Linde) fabrique pompes et vannes cryogéniques GNL et hydrogène.