FR:Proposed features/Hydropower water supplies

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Adductions d'eau sous pression
Statut : Approved (active)
Proposé par : fanfouer
Balisage : waterway=*
S’applique à : nœud chemin zone
Définition : Proposition de cartographie des adductions d'eau sous pression pour la production d'électricité.
Ces systèmes impliquent des tunnels, canaux et conduites forcées représentés avec waterway=pressurised et man_made=pipeline lorsque c'est justifié.
ébauché le : 2017-10-13
Début de discussion : 2017-12-02
Début du vote : 2018-03-04
Vote end: 2018-03-18

Version traduite de l'anglais le 04/03/2018

Waterway flows.png

Raisonnement

Waterway manmade structures.png
Avec et sans waterway=pressurised

Les systèmes de production d'énergie hydroélectrique sont conçu pour convertir l'énergie mécanique de l'eau en mouvement ou sous pression en énergie électrique ou rotation mécanique. Il y a beaucoup de types différents de centrales électriques et parfois des infrastructures gigantesques sont nécessaires pour transporter l'eau des bassins versants jusqu'aux tubrines. Les tubes qui conduisent l'eau sous pression jusqu'au plus près des générateurs sont appellés conduites forcées.
Lorsqu'elles sont visibles, de telles conduites sont souvent de grandes dimensions et sont des signes d'orientation majeurs dans le paysage.
Il n'est pas possible actuellement d'intégrer ces installations de transport d'eau brute dans le graphe hydrologique global de waterway=*. C'est un problème car les centrales ont souvent besoin de beaucoup d'eau et dérivent habituellement une grande partie de l'eau des rivières dans les conduites comme visible ci-contre : la totalité de l'eau d'un canal part dans 3 conduites, et dans les données l'eau disparait jusqu'à ce que l'utilisateur cherche pour man_made=pipeline en plus de waterway=*.

Un modèle attributaire qui associerait le contenu et le contenant sera plus clair et polyvalent pour cartographier la diversités des écoulements de l'eau existant dans le monde.
Ainsi, cette proposition associe waterway=* et man_made=* (en plus de tunnel=* et canal=*) par soucis de cohérence.
Le principal avantage est de connaitre où l'eau s'écoule sans avoir à s'occuper des contenants tels que les tunnels, canaux... Actuellement vous y êtes obligés.

Il n'est pas nécessaire deconnaitre le fonctionnement d'une centrale électrique, il n'est question ici que de galeries, canaux et tuyaux.

Définitions

  • Ecoulement libre : l'eau s'écoule à la pression atmosphérique avec une surface à l'air libre sans appliquer de pression sur le conduit.
  • Ecoulement en charge : L'eau s'écoule sous pression en espace fermé, dans un tube ou un tunnel. Il n'y a pas de surface à l'air libre et l'espace disponible est totalement occupé par le fluide qui applique une pression sur le conduit.
  • Canal: Une structure artificielle destinée à transporter de l'eau pour un usage précis d'un bassin à un autre.
  • Aqueduct: Un système principalement conçu pour l'irrigation ou l'adduction d'eau domestique composé de canalisations, canaux, tunnels ou autres structures artificielles
  • Conduite forcée: Une conduite qui transporte l'eau d'une rivière, canal ou galerie jusqu'à un générateur électrique ou turbine dans le but de maximiser la transmission de l'énergie mécanique.
  • Déversoir: Une structure visible aux abords des barrages permettant à l'eau de trop plein de s'écouler à l'aval. Ils sont actifs dans des situations exceptionnelles de débit des rivières et ne doivent pas être parcourus par les humains.
  • Diamètre nominal : Diamètre représentatif, équivalent au diamètre intérieur dans des conditions de température et de pression précises, tel que défini par la norme ISO 6708 ou par le standard Etats-Unien.
  • Mill race: Le chemin complet entre la prise d'eau d'une centrale et son point de restitution
  • Head race: Le chemin suivi pour atteindre le début de la conduite forcée depuis la prise d'eau
  • Tail race: Le chemin suivi par l'eau entre la turbine et le point de restitution au milieu naturel.

Proposition

Voie d'eau sous pression

Habituellement, la clé waterway=* concerne des voies d'eau à écoulement libre tels que les rivières ou torrents qu'ils soient extérieurs ou en galerie. Il y a également besoin d'une valeur indiquant un écoulement sous pression lorsque l'eau brute des lacs et rivières s'écoule en espace fermé.

Le but est ici d'impliquer les conduites d'eau brute sous pression dans le graphe hydrologique constitué par waterway=* sans avoir à requêter sur d'autres clés.

Ce n'est pas toujours possible d'ajouter ces ouvrages de transport d'eau dans les relations Waterways, parce que souvent, le but est de déformer les bassins versant, et d'envoyer l'eau à des km du lit naturel de la rivière où l'eau a été collectée. Ce sera de plus utile aux spéléologues pour cartographier les siphons dans le milieu naturel (hors scope de cette proposition).

Il faut considérer que waterway=canal concerne des installations qui transfèrent l'eau en écoulement libre pour un usage précis alors que waterway=drain est prévu pour évacuer de l'eau superflue. Il est donc proposé de cartographier tous les parcours d'adduction d'eau en espace libre incluant les souterrains avec waterway=canal. D'autres clés pourront être utilisées en fonction de l'environnement et des configurations (tunnel, espace libre...) dans lesquels le canal est installé.
Il y a actuellement un certain nombre de waterway souterraines cartographiées avec waterway=canal, ceci permettra des les pérenniser.

Ce qui nous conduit à la classification suivante:

Ecoulement libre Ecoulement en charge
Articifiel Espace libre Buse Tunnel Canalisation
canal (eau utile) pressurised
ditch
drain (eau superflue)
Naturel Espace libre grotte Siphon
river pressurised
stream

Conduites forcées

Conduite forcée extérieure blindée

Les conduites forcées sont des tuyaux inclinés qui transportent l'eau d'une altitude élevée jusqu'au turbines en contrebas. De telles conduites doivent être cartographiées avec les clés existantes man_made=pipeline + susbtance=water + usage=penstock.
Ces installations sont spécifiques et souvent blindés pour contenir la pression et les grands volumes d'eau. Plus la différence d'altitude est grande, plus importante sera la pression au bas de la conduite. waterway=pressurised doit être appliqué ici.

Les conduites forcées peuvent se situer soit souterraines ou extérieures (location=*). Les conduites souterraines peuvent être directement forées dans la roche ou bien placées dans une galerie visitable. tunnel=yes doit uniquement être utilisé lorsque les conduites sont dans une galerie accessible par l'homme en exploitation. Sinon, ne pas utiliser de clé tunnel=*.

Clé Valeur Commentaire Recommandation
waterway pressurised C'est toujours un conduit en charge obligatoire
man_made pipeline C'est toujours un pipeline obligatoire
substance water La conduite transporte toujours de l'eau obligatoire
usage penstock No comment obligatoire
location <Position> Selon l'environnement, les conduites peuvent être extérieures ou souterraines recommandé
diameter <Diamètre nominal> Diamètre nominal de la conduite en mm, tel que défini dans la norme ISO 6708 optionnel
pressure <Pression nominale admissible> Pression nominale de conception de la conduite optionnel
material <Matériau> Le matériau constitutif de la conduite optionnel
operator <Exploitant> Exploitant de la conduite recommandé
direction both ou rien N'utilisez seulement both que pour les centrales de pompage turbinage où l'eau peut aller dans les deux directions optionnel

Les conduites peuvent être membre des relations Relation:waterway avec le rôle side_stream.

Voie d'eau d'amenée

Les conduites forcées peuvent être très courtes, allant du lac derrière le barrage à l'usine située juste devant, ou bien s'étirer sur des kilomètres. L'eau peut parcourir un système complexe de galeries horizontales non blindées (en amont des conduites forcées) avec des régimes d'écoulement libre ou en charge.
Comme dit ci-dessus, il peut être possible d'intégrer ces ouvrages dans les relations waterway avec le rôle side_stream, si et seulement si le système ne concerne que la rivière concernée par la relation. Ce n'est pas toujours le cas, plusieurs rivières peuvent être concernées et le graphe waterway=* doit être étendu avec ou sans relation waterway.

Galeries à écoulement libre

Galerie à écoulement libre

Les galeries à écoulement libre sont actuellement cartographiées avec le tag waterway=drain + tunnel=* et il n'y a pas lieu de revenir dessus.
Il n'y a pas le besoin d'y ajouter la clé pressure=* puisque l'écoulement libre se fait à la pression atmosphérique.
L'eau circule toujours dans la direction du chemin OSM et aucun direction=* ne doit être utilisé sur ces ouvrages. Un reflux de l'eau lors d'un pompage nécessite que la galerie soit en charge, incompatible avec un écoulement libre.

Galeries à écoulement sous pression

Galerie en charge

De plus, de tels tunnels à écoulement en charge sont placés sous pression et les prises d'eau qui y conduisent sont toujours situées sous le niveau de l'eau. On pourra donc utiliser la clé pressure=* pour préciser la valeur de la pression nominale.

Clé Valeur Commentaire Recommandation
waterway pressurised C'est une voie d'eau en charge obligatoire
tunnel flooded Les galeries en charge sont toujours innondées en exploitation et il n'est pas possible de s'y rendre obligatoire
usage headrace pour la production d'énergie seulement, usage=transmission pour le reste Les galeries d'amenées sont réservées aux centrales de production d'énergie, sinon ce sont des galeries de transport obligatoire
location underground Une galerie c'est souterrain, n'est-ce pas? obligatoire
diameter <Diamètre nominal de la galerie> Diamètre nominal de la galerie, si celle-ci est de section ronde ou elliptique (on donnera le petit-axe), telle que défini dans la norme ISO 6708 optionnel
pressure <Pression nominale admissible> La pression nominale pour laquelle la galerie est conçue optionnel
operator <Exploitant> Exploitant de la conduite/galerie optionnel
direction both ou rien N'utilisez seulement both que pour les centrales de pompage turbinage où l'eau peut aler dans les deux directions optionnel

Canalisations

A la différence des tunnels, on peut rencontrer l'eau à l'intérieur de tuyaux qui peuvent également se trouver en surface.
En considérant que les canalisations d'aménée sont différentes des conduites forcées, les premières seront taguées avec usage=headrace et les dernières avec usage=penstock.
man_made=pipeline et tunnel=flooded, tunnel=culvert sont définis comme concepts incompatibles.

Clé Valeur Commentaire Recommandation
waterway pressurised C'est une voie d'eau en charge obligatoire
man_made pipeline C'est une canalisation obligatoire
usage headrace pour la production d'énergie seulement, usage=transmission pour le reste Les galeries d'amenées sont réservées aux centrales de production d'énergie, sinon ce sont des galeries de transport obligatoire
substance water On transporte de l'eau obligatoire
location underground Une galerie c'est souterrain, n'est-ce pas? obligatoire
diameter <Diamètre nominal de la galerie> Diamètre nominal de la galerie, si celle-ci est de section ronde ou elliptique (on donnera le petit-axe), telle que défini dans la norme ISO 6708 optionnel
pressure <Pression nominale admissible> La pression nominale pour laquelle la galerie est conçue optionnel
operator <Exploitant> Exploitant de la conduite/galerie optionnel
direction both ou rien N'utilisez seulement both que pour les centrales de pompage turbinage où l'eau peut aler dans les deux directions optionnel

Accessibilité de l'homme

Galerie souterraine hébergeant une conduite

Il n'est pas rare de rencontrer des conduites de transport installées dans des galeries sèches où les techniciens peuvent cheminer à côté. Sinon les galeries sont en charge et pleine d'eau et ne sont jamais accessibles en activité.
Utiliser la clé tunnel=yes uniquement lorsque la galerie est accessible. tunnel=flooded et man_made=pipeline sont définis comme incompatibles.

Même si tunnel=* est recommandé pour le rendu des installations souterraines, un pipeline n'est pas un tunnel, les deux clés sont utilisées si et seulement si une canalisation est à l'intérieur d'un tunnel et un rendu particulier devra être appliqué sur waterway=pressurised.
Enfin, tous les tunnels accessibles par l'homme pour l'exploitation de ces installations doivent avoir access=private (ils ont presque tous des panneaux d’interdiction à leurs entrées) et les galeries inondées doivent recevoir tunnel=flooded.

Centrales de pompage-turbinage

Toutes les centrales hydrauliques sont alimentées par une source d'eau à une altitude bien supérieure aux générateurs et certaines d'entres-elles peuvent utiliser l'électricité du réseau pour pomper l'eau pour stocker l'énergie.
Pour ces situations particulières, toutes les galeries sous pression et les conduites forcées (jamais de galeries ou de canalisation à écoulement libre dans ces ouvrages) devront avoir direction=both pour indiquer que l'eau peut circuler dans les deux directions.

Canaux

Une fois à l'air libre, l'eau circule librement et waterway=canal est approprié et il n'y a pas lieu de revenir dessus.
De tels canaux sont prévus pour un usage particulier, différent de la navigation. Lorsque le canal se situe entre la prise d'eau et la turbine, utilisez usage=headrace et lorsqu'il est entre la turbine et le point de restitution, utilisez usage=tilerace.

Anti-béliers

Isawa II power station surge tank and penstock.jpg

Les dispositifs anti-béliers sont utiles pour dissiper l'énergie cinétique de l'eau se déplaçant dans une conduite - en charge ou à écoulement libre - lorsqu'une vanne se ferme parfois brutalement.
En fonction des longueurs et diamètres des tunnels amont (seulement, jamais des conduites forcées aval), les anti-béliers peuvent être de très grandes cheminées d'équilibre de 200 m de profondeur et de 20 m de diamètre, débouchant souvent au milieu de nulle part.
Des bâtiments attenants peuvent être visibles pour opérer la liaison entre les galeries et les conduites forcées, sur lesquels il conviendra d'indiquer name=Chambre de vannes.
l'anti-bélier est concept de la mécanique des fluides qui n'est pas spécifique aux conduites forcées.

Faisant partie d'un pipeline, souvent au sommet des conduites forcées, on peut les cartographier dans OSM avec pipeline=surge_tank sur un nœud.
Même si ces dispositifs peuvent se présenter sous la forme de cheminée ou de grands puits, pipeline=surge_tank doit être utilisé sur un nœud du pipeline à la position de l'anti-bélier. Les installations visibles peuvent être décrites avec d'autres objets munis de man_made=shaft ou man_made=chimney.

Clé Valeur Commentaire Recommandation
pipeline surge_tank C'est un anti-bélier obligatoire
location <tank location> Position du dispositif, ce peut être souterrain ou extérieur recommandé
diameter <tank diameter> Diamètre intérieur de l'anti-bélier optionnel
operator <surge tank operator> Exploitant de l'installation optionnel

Prises et restitutions d'eau

Pour l'exactitude topologique, les conduites forcées, galeries ou tout autre objet waterway=* doivent être connectés aux rivières ou torrents naturels sources. La même valeur de waterway=* doit être utilisée sur les tracés liant les sources aux installations humaines.

De telles liaisons annexes peuvent être ajoutées aux Relation:waterway avec le rôle side_stream.
Habituellement, un waterway=dam est construit pour diriger l'eau dans les galeries ou conduites en aval de la prise d'eau et en dehors du lit naturel.

Déversoirs

Les déversoirs doivent être distingués des autres cours d'eau en raison des flux souvent importants et spontanés qui y circulent. Il y a un danger potentiel pour les personnes les traversant ou stationnant dans leur lit.

Les déversoirs ne sont pas utilisés pour préserver le débit des cours d'eau et ne sont utilisés qu'en cas de situation exceptionnelle en amont des barrages (crues). Il est proposé de les décrire avec waterway=canal + usage=spillway + intermittent=yes et d'ajouter ces tracés aux relation waterways avec le rôle side_stream.

Pages à éditer

  • waterway=pressurised : Créer la page, dédier cette valeur aux conduite d'eau en charge
  • Waterways : Ajouter pressurised dans les valeurs possibles
  • man_made=pipeline : Editer la page et ajouter headrace comme usage possible
  • pipeline=surge_tank : Créer la page
  • waterway=spillway : Editer la page et indiquer que la valeur ne doit plus être utilisée au profit de waterway=canal + usage=spillway
  • tunnel=* : Créer la page et ajouter flooded comme valeur possible
  • usage=* : Editer la page, ajouter spillway, headrace, tilerace et transmission comme valeur possible pour l'hydrographie.
  • Relation:waterway : Ajouter les ouvrages de gestion de l'eau en tant que membres de ces relations

Exemples

Galeries et canaux d'amenée

Photo Vue aérienne Tagging Notes
Carte papier de galeries en charge de transport d'eau brute
--

waterway=pressurised
tunnel=flooded
usage=headrace
location=underground
diameter=4900
operator=...

Des conduites horizontales qui transportent l'eau des prises d'eau aux conduites forcées. Ils sont toujours à écoulement en charge, les prises d'eau sont toujours sous le niveau de l'eau et l'air ne peut pas y pénétrer.
Sortie d'une galerie à écoulement libre
--

waterway=canal
tunnel=flooded
usage=headrace
operator=...
location=underground

Les galeries à écoulement libre fonctionnent à la pression atmosphérique et l'eau s'écoule avec une surface libre à l'intérieur. Son embouchure est conçue pour être au dessus du niveau de l'eau et l'air peut y circuler également.
Canal en espace libre

waterway=canal
usage=headrace
operator=...

Canal d'amenée en espace libre alimentant les conduites forcée d'une centrale hydro-électrique.
Canalisation d'amenée en galerie

waterway=pressurised
man_made=pipeline
substance=water
usage=headrace
tunnel=yes
location=underground
operator=...
access=private

La situation la plus complète avec une conduite d'amenée à l'intérieur d'un tunnel accessible à l'homme.
C'est la seule situation où man_made=pipeline est combiné à tunnel=* sur le même objet OSM.
Un siphon
--

Sur tous les segments, utiliser:

waterway=pressurised
man_made=pipeline
substance=water
usage=headrace


operator=...

Sur le pont, utiliser:
bridge=aqueduct

Sur les parties souterraines, utiliser:
location=underground

Un gros siphon permettant à l'eau de traverser une vallée. Seule la moitié de l'ouvrage est visible sur la photo, des conduites à écoulement libre se connectent de part et d'autre à des altitudes différentes et le siphon fonctionne en suivant le principe des vases communicants. Le siphon en lui-même est en revanche à écoulement en charge.

Conduites forcées

Photo Aerial view Tagging Note
Pipeline penstocks
--

waterway=pressurised
man_made=pipeline
substance=water
usage=penstock
operator=...
location=overground
diameter=1200
pressure=70 bar

Des conduites forcées métalliques alimentant une centrale en contrebas. L'écoulement se fait nécessairement en charge et aucun air ne pénètre à l'intérieur.
Manque d'illustration libre de droit --

waterway=pressurised
operator=...
man_made=pipeline
substance=water
usage=penstock
location=underground
diameter=4900

Des puits verticaux sont blindés comme les pipeline sans tubage. Des tuyaux sont connectés à l'amont et à l'aval.

Voir les deux puits sur le modèle numérique des installations et quelques images de la construction à l'aide d'un raise drill

Prises d'eau

Photo Aerial view Tagging Note
Man made water intake dam
--

Sur le barrage, dessiner un chemin et ajouter: waterway=dam
operator=...
material=concrete

Un tel barrage est conçu pour diriger une grande partie de l'eau du torrent dans une galerie vers la centrale. A peu près 3.5 m3 sont prélevés par seconde alors que seulement 0.6 subsistent dans le lit naturel.


Ce type de prise d'eau permet à l'air de pénétrer dans la conduite, ce qui va donc conduire à taguer la conduite aval avec drain et pas pressurised réservé aux écoulement en charge.

Anti-béliers

Photo Aerial view Tagging Note
Isawa II power station surge tank and penstock.jpg
--

Au centre du puits ou de la cheminée, ajouter un nœud et utiliser:
pipeline=surge_tank
operator=...
location=outdoor

Une cheminée d'équilibre est installée au dessus de la conduite qu'elle est sensée protéger.
Pipeline underground surgeTank.JPG
--

Au centre du puits, ajouter un nœud et utiliser:
pipeline=surge_tank
operator=...
location=underground

Ici c'est une cheminée souterraine qui agit comme un anti-bélier 170 m au dessus de la conduite qu'elle protège. Le puits fait environ 18 m de diamètre.

Déversoirs

Photo Aerial view Tagging Note
Dam spillway.jpg
-- Dessiner un chemin le long du déversoir et utiliser:
waterway=canal + usage=spillway + intermittent=yes
Les déversoirs sur les photos sont actifs, mais ce n'est pas toujours le cas.
Llyn Brianne spillway.jpg

Pour le vote, voir la version en anglais Proposed_features/Hydropower_water_supplies#Voting