Par 2B, TJP, AB, CS. Le 17 septembre 2021.

Comme nous l’avons vu en préambule dans le dossier du TGV 001, la décision de construire la ligne ferroviaire à grande vitesse entre Paris et Lyon, il revenait aux ingénieurs et aux techniciens du monde ferroviaire (SNCF et constructeurs) de définir les rames à grande vitesse destinées à parcourir cette nouvelle infrastructure et à circuler sur les prolongements, par lignes classiques, au-delà de Lyon afin de desservir tout le Sud-Est de la France.

Les précurseurs

– le TGV 001. 

Bien évidemment, celui-ci a servi de base pour l’architecture générale de la rame à la différence que ce prototype était entièrement articulé, comprenant 5 véhicules reposant sur 6 bogies, et que les rames de série seraient semi-articulées comprenant 10 véhicules reposant sur 13 bogies, c’est-à-dire que deux motrices séparées encadreraient un tronçon de 8 remorques articulées. Sa description détaillée a été publiée dans DocRail.

– la Z 7001.

Issue de la transformation de la Z 7115 accidentée, cette automotrice a été reconstruite par les ateliers SNCF d’Oullins Machines et mise en service afin de tester les bogies moteurs pour les futures rames Paris Sud-Est et, accessoirement, le hacheur de courant qui l’équipait. Le TGV 001 avait testé des bogies porteurs de type Y 229 B, de 3,00 m d’empattement. Ce bogie donnant entière satisfaction en termes de stabilité et de qualités de roulement, il fut décidé d’en extrapoler sa version en bogie moteur. Afin de réduire la masse du bogie, les moteurs de traction et leur réducteur n’étaient plus fixés au châssis de bogie, mais fixés sous la caisse. Un pont moteur était installé sur l’essieu et une transmission coulissante dite « tripode » reliait ce pont au réducteur. Ce nouveau bogie était dénommé Y 226. Il était en outre équipé d’un frein linéaire à courant de Foucault qui donna de très bons résultats mais qui ne fut pas reconduit sur les rames de série par crainte d’échauffements excessifs du rail lors des freinages d’urgence répétés sur une même portion de ligne. Cette automotrice a atteint la vitesse de 309 km/h et fut testée en endurance en tractant l’autorail X 2051 démotorisé et 2 voitures OCEM. Cet ensemble a effectué un parcours de 1 000 000 de km démontrant la pertinence de la transmission de l’effort moteur et de ses organes mécaniques.

– la RTG 01

Bien que l’architecture de ce turbotrain n’ait pas de points communs avec le TGV, cette rame, lors de ses nombreuses circulations à 260 km/h, a contribué aux relevés aérodynamiques en croisant le TGV 001 à très grande vitesse. 

Une motrice RTG avait également participé à un essai original, et qui fut lourd de conséquences. Cette motrice avait été acheminée en gare de Paris-Orsay à l’époque où celle-ci était terminus. En soirée, à la fin du service banlieue, les deux turbines de la motrice RTG ont été lancées et ont tourné deux heures durant. Au bout d’une demi-heure, l’air vicié commençait à se faire sentir dans la climatisation. Trente minutes plus tard, c’était irrespirable et un nuage de gaz flottait depuis le plafond de la gare jusqu’à la mi-hauteur de la RTG ! Le rail en cuivre (faisant office de caténaire) avait été recuit au droit de l’échappement de la motrice RTG et à la reprise du service banlieue, les voyageurs avaient manifesté leur mécontentement envers les séquelles de l’essai qui avaient mis une bonne journée pour s’évacuer.

La conséquence immédiate fut de conclure qu’il n’était pas envisageable d’accepter 6 ou 7 rames TGV à turbines sous la verrière de la gare de Lyon (une rame à 4 turbines aurait rejeté, à elle seule, 32 m³ d’air vicié par seconde)

Les rames TGV PSE.

Dès 1974/1975, les bureaux d’études du Département de la Construction de la SNCF s’affairaient à dessiner les diagrammes des futures rames. Les premiers d’entre eux illustraient des rames hybrides (rames mixtes dont l’appellation sera dédiée plus tard pour désigner les rames 1^ère/2^ème classes). Les motrices, une à chaque extrémité de rame, étaient équipées chacune de deux turbomoteurs à l’instar du TGV 001 et les remorques extrêmes étaient dotées chacune d’un module électrique bicourant alimentant leur bogie moteur. La présence de ce module avait deux fonctions : premièrement, apporter le supplément de puissance aux motrices à turbines à gaz pour circuler à 260 km/h sur LGV (ligne à grande vitesse) et deuxièmement, pouvoir faire évoluer la rame dans les dépôts et les sorties des gares couvertes et ne lancer les turbomoteurs qu’une fois la rame à l’air libre. Au fond, heureusement que la crise pétrolière est passée par là et que les rames à turbines furent définitivement abandonnées au profit de rames tout électrique. De plus, les rames hybrides devaient être couplables entre elles mais aussi avec des rames électriques, un sacré défi technique.

Le document technique de février 1975 indique que la capacité des réservoirs à combustible devait permettre l’aller et le retour des parcours en traction autonome (PARIS-GENÈVE et PARIS-LAUSANNE) !!!

Il est à noter que la rame hybride avait à nouveau été envisagée pour un sous-parc de 10 rames du TGV A afin de desservir La Rochelle depuis Poitiers. Dans ce cas-là, le groupe turbomoteur aurait été installé dans les remorques extrêmes. Une fois de plus, la pose de caténaires à mis un frein à la complexité…

Le diagramme de ces rames était une extrapolation du TGV 001 dont certaines caractéristiques avaient été retenues : les motrices du TGV 001 avaient un empattement entre bogies de 14,000 m et de 18,300 m pour les remorques. Cette disposition ayant démontré la stabilité de la rame, l’empattement de 14,000 m a été reconduit sur les motrices et pour les remorques, il a été porté à 18,700 pour un meilleur volume des salles voyageurs. L’empattement des bogies de 3,00 m et les vertus aérodynamiques ont été également reconduits.

Une fois la rame tout électrique entérinée, la SNCF a passé un marché auprès des constructeurs pour la fourniture de:

• 2 rames de présérie
• 85 rames de série
• 22 rames supplémentaires, nommées rames protocole.

A l’origine, les TGV PSE sont:

Les rames 01 à 32 sont des rames bicourant mixtes 1^ère/2^ème classes.

Les rames 33 à 38 sont des rames bicourant 1ère classe.

Les rames 39 à 81 sont des rames bicourant mixtes 1^ère/2^ème classes.

Les rames 82 à 87 sont des rames tricourant mixtes 1^ère/2^ème classes.

Les 22 rames protocole sont des rames bicourant mixtes 1^ère/2^ème classes.

Les rames 08 à 20, 49 à 55 et 78 et 79 ont été financées par Eurofima.

La construction des rames a été confiée au groupement Alsthom-Francorail-MTE, Alsthom assurant le rôle de chef de file. Le design extérieur et intérieur est signé Jacques Cooper (voir article DocRail « du TGV 001 au TGV PSE »).

 

Les rames de présérie Patrick et Sophie

Les deux rames de présérie 01 et 02 portent respectivement les prénoms Patrick et Sophie, sortes de codes radio. Les initiales des prénoms sont-là pour rappeler le projet PSE. Quel aurait été le prénom porté par une éventuelle 3^ème rame entrant en scène ? A l’évidence, son prénom aurait commencé par E.

La première rame livrée, Patrick, est sans doute la plus atypique. Il est fréquent que le personnel de maintenance la nomme « le camion », en référence à son aspect utilitaire. Elle ne dispose ni d’aménagements ni de garnissages intérieurs de série. La composition de la rame est on ne peut plus classique : deux motrices encadrant un tronçon de huit remorques articulées. C’est à l’intérieur que la différence est notable.

La remorque R1: c’est la remorque labo. Son compartiment à bagages recèle le groupe électrogène pour l’alimentation électrique autonome des chaines de mesure en 220 V/50 Hz (les vitres des portes sont remplacées par des persiennes d’aspiration et de ventilation et par le tuyau d’échappement du moteur : c’est l’un des détails qui permet de distinguer Patrick de Sophie). Après la plateforme d’accès, en entrant dans la salle des voyageurs on trouve, immédiatement à droite, le poste du chef de bord. La salle est occupée par deux alignements, installés en vis-à-vis, de postes de travail et de chaines de mesure des diverses sections d’essais. Il y a l’équipe de la dynamique ferroviaire, l’équipe des électriciens et celle des freinistes. Au fond, il y a le poste d’observation télévisuelle du pantographe (les caméras sont installées en toiture des remorques R2 et R7).

La remorque R2 : c’est la voiture « conférence ». Après la plateforme d’accès, on trouve à droite un petit réfrigérateur et à gauche une douzaine de places assises sous la forme de banquettes récupérées « dans le jus » sur un autorail X 3800 dont la vie avait récemment été écourtée. Le dessus du réfrigérateur est surmonté d’une cafetière. C’est le chef de bord qui veille au bon fonctionnement de cet espace de détente. Juste après les banquettes, il y a le « paperboard » : c’est sur ses pages que sont consignées les opérations de la soirée telles qu’elles ont été définies durant le briefing. Le reste de la salle est occupé par une grande table ovale autour de laquelle on dispose 14 chaises. C’est sur elle que l’on étale les dessins et les schémas et autour d’elle que prennent place les participants aux briefings et aux réunions de travail en tout genre. C’est enfin elle aussi qui accueille de temps à autre les convives autour d’un verre, c’est bon pour le moral et ça tisse les liens humains.

Les remorques R3 à R8 : à la sortie d’usine, ces remorques sont lestées avec des sacs de sable rangés le long des faces latérales. Au fil du temps, ils seront déplacés afin de laisser un peu de place à bon nombre de pièces de rechange. Petit à petit, la rame se transforme en succursale du SAV. La R4 assure le vestiaire du personnel de maintenance de la SNCF. Quant à la R8, elle abrite une mini-chaîne de mesure : c’est celle du personnel de TCO qui surveille discrètement le bon fonctionnement du CVS.

La deuxième rame, Sophie, livrée 6 mois après la première est entièrement aménagée et préfigure, au moins en ce qui concerne les aménagements intérieurs, les rames de série qui entreront en service commercial moins de deux ans plus tard. Durant cinq mois, celle-ci participera à la campagne d’essais en tandem avec Patrick le jour et assurera de nombreuses marches d’endurance la nuit. La rame 01 possède des plaques de constructeurs en autoadhésif orange dans le bandeau blanc, alors que celles de Sophie sont rivées dans le bandeau gris, sur l’un des panneaux qui recevront par la suite le logo TGV. C’est le deuxième détail pour les distinguer (de loin).

La base de Bischheim

La ligne de la plaine d’Alsace a été retenue pour les essais à grande vitesse d’une part pour la rectitude de son tracé et d’autre part pour son alimentation en 25 kV/50 Hz. Il n’était pas question d’abriter deux rames de 200 mètres de long et toute la logistique qui allait avec dans le dépôt de Strasbourg. De plus, attendu que les ateliers du Matériel de Bischheim ont toujours assuré le suivi technique du TGV 001 et que cet établissement alsacien deviendra à terme l’atelier directeur des TGV, c’est là que la base d’essais a été installée. De même que la qualité du travail effectué à Bischheim est renommée, il est évident que le personnel a été motivé pour la venue du TGV en terre alsacienne : il est aux petits soins pour ces « français de l’intérieur ». Cette sensation de bien-vivre ensemble se retrouve également dans le personnel de conduite de Strasbourg (et de Villeneuve/Paris par la suite). Il est indéniable que ce facteur humain aura largement contribué à la réussite de cette campagne d’essais.

La base proprement dite est constituée :

• d’une voie électrifiée sur pilotis installée dans une fosse donnant accès sur les cotés et sous la rame. La fosse mesure un peu plus de 200 m, évidemment. A chaque extrémité, il y a des passerelles donnant accès aux cabines de conduite et aux toitures des motrices. On trouve également des passerelles intermédiaires donnant accès aux remorques R1, R3, R6 et R8.
• de la voie d’essais de l’établissement, électrifiée pour la circonstance, longue d’environ 1,5 km, et qui permet de faire l’impasse avec la voie sur fosse. 
• d’une plateforme extérieure comprenant 5 voies, dont deux de circulation, sur lesquelles sont garées les voitures de mesures et d’hébergement des différentes entités travaillant sur la base. Toutes les voitures sont raccordées en eau et en électricité. Pour les sanitaires, il faut voir du coté des vestiaires de l’établissement.
• les installations intérieures avec chariot transbordeur et vérins de levage si nécessaire.
• des bureaux affectés aux correspondants entre les services de l’établissement et les équipes du TGV, aux agents de l’organisme d’études, aux représentants de la maintenance, aux rapporteurs et aux représentants du SAV.

Le domaine d’essais.

C’est donc en plaine d’Alsace, sur la ligne n°3 de la région Est que le domaine d’essai est établi. Il s’étend de Strasbourg-Ville au PK 0 jusqu’à Sélestat au PK 43,21. C’est sur ce parcours que la BB 25236 a circulé à plus de 220 km/h pour tester les prémices du pantographe à double développement et que la CC 21001 a atteint 285 km/h lors d’essais d’adhérence. Puis, le parcours sera étendu jusqu’à Colmar au PK 65,81. Les marches d’essais se font en suivant des horaires précis car elles nécessitent une logistique importante, notamment le gardiennage de tous les PN (passages à niveau). De très rares circulations seront poursuivies jusqu’à Mulhouse-Ville au PK 108,31.

Sur ce domaine d’essais on a également installé des équipements à valider attendu qu’ils devront être appliqués à la future ligne à grande vitesse. On y trouve :

• au PK 26, une jonction voie 1 / voie 2 franchissable à 220 km/h.
• la voie 1 a été renouvelée avec des rails U80 contre des rails U50 (la voie 2 est encore équipée de rails U50 ce qui n’empêche pas de la parcourir à 260 km/h).
• une portion de ligne équipée en cab-signal avec implantation des fameux jalons jaune et bleu.

Et enfin, un dispositif de mesure du soulèvement de la caténaire au passage de la rame à grande vitesse.

Les vérifications techniques.

Le monde ferroviaire se souvient bien de l’année 1972 marquée par la livraison du turbotrain TGV 001, lequel atteint 318 km/h à peine quelques mois après sa sortie d’usine. Il se souvient peut-être un peu moins de la Z 7001 qui a atteint 309 km/h, alors que certains étaient dubitatifs quant à la stabilité d’un véhicule seul au-delà de 200 km/h. Quoi qu’il en soit, ces deux prototypes aux caractéristiques novatrices, pour ne pas dire révolutionnaires, furent le fruit de l’expérience et de la science des ingénieurs et des techniciens de la SNCF. Ces mêmes personnes, certes confortées par les performances enregistrées sur les prototypes, ont dû rassembler tout leur savoir faire pour concevoir les rames de série commandées à 87 exemplaires, 22 autres suivant dans la foulée. A présent, ils ont deux rames de présérie sur lesquelles il va falloir vérifier la pertinence des choix techniques fondamentaux pour un système de transport d’avenir. Il est à présent question de transporter 386 passagers à bord de chaque train, à grande vitesse sur une ligne dédiée et sur les prolongements en ligne classique, en toute sécurité et avec des coûts d’acquisition et d’exploitation maitrisés. 

Parmi les caractéristiques techniques, il aura fallu vérifier:

• L’aptitude au freinage, en mode normal et en mode dégradé, de service et d’urgence, quels que soient les profils de la ligne et les conditions climatiques.
• L’aptitude à la montée en vitesse en mode nominal ou dégradé.
• Le fonctionnement des rames en UM.
• La stabilité du train à grande vitesse.
• La trainée aérodynamique. 
• L’aptitude à gravir les fortes rampes et à y redémarrer en cas d’arrêt intempestif et les distances d’arrêt en fortes pentes. Pour cela, les tests se sont faits dans la rampe de Capvern.
• La qualité du captage du courant, tant en monophasé qu’en continu et le comportement de la chaine de traction avec les tensions nominales, mais aussi les plus basses et les plus dégradées ayant conduit à la position 1/3 au transfo principal en 25 kV.
• Reprendre les séries de tests lorsqu’une mesure corrective a été appliquée afin de valider la nouvelle disposition.

 Il aura fallu en outre surveiller le comportement en service des divers organes constitutifs du train afin d’adapter leurs trames de maintenance pour atteindre les objectifs de fiabilité, de disponibilité et d’économie. Ces données seront également précieuses pour affiner le manuel de conduite et le guide de dépannage. Enfin, un autre sujet, et pas des moindres, est le confort de la rame. Ce problème sera mis de coté car il n’empêche pas de « rouler », mais tôt ou tard il deviendra un problème crucial à traiter. Il aura fallu beaucoup d’investissements pour le solutionner. Cette aventure est une toute autre histoire à elle seule à lire (ou relire) dans DocRail « la suspension pneumatique des TGV ». 

La mise en service commercial.

Le TGV PSE a été mis en service le 27 septembre 1981. En une semaine d’exploitation, les kilomètres parcourus à grande vitesse étaient égaux aux parcours effectués à la même vitesse par les rames de présérie et les premières circulations en essais sur LGV. Si le matériel s’est bien comporté malgré les acquis peu nombreux, c’est dire si les concepteurs avaient vu juste ! 

Le premier hiver a porté un mauvais coup au TGV. La neige poudreuse entrait partout et notamment dans les carters et les ponts moteurs. C’est grâce à des milliers de litres d’huile (merci SHELL) pour vidanger les organes affectés et la mobilisation totale des personnels de maintenance que le service a pu être maintenu, alors qu’il fut envisagé de l’interrompre. Ce jeune TGV a aussi connu d’autres encombres, mais à chaque fois la situation est redevenue à la normale grâce à l’implication et à la compétence des techniciens.  

Cette mise en service commercial s’est effectuée à la vitesse limite de 260 km/h sur LGV. Suite au très bon comportement des rames et à leur potentiel technique, la vitesse maximale a été portée à 270 km/h. En effet, le profil en long de la LGV étant très accidenté (successions de pentes et de rampes), il est apparu intéressant de bénéficier de l’énergie cinétique apportée par l’augmentation de la vitesse afin de gravir plus facilement les rampes.

Les rames bicourant de 1^ère classe avaient été pensées pour la clientèle habituée à la première classe des trains TEE de l’axe Paris Sud-Est. Il s’est rapidement avéré que cette option n’avait plus de pertinence au fil du temps. Ces rames ont été transformées en rames mixtes.

Les rames du TGV PSE ont ainsi été renumérotées:

• 01 à 102 sont des rames bicourant mixtes 1^ère/2^ème classes. A noter que la rame 70 a été radiée des effectifs suite à un grave accident à Voiron. De plus, la rame 38 a été transformée en rame postale.
• 110 à 117 sont des rames tricourant mixtes 1^ère/2^ème classes. La rame 88 qui a servi de prototype au TGV Atlantique a été remise au type en tant que rame 118, en version tricourant mixte 1^ère/2^ème classes.

Avec l’arrivée du TGV Atlantique, du TGV Réseau et de ses dérivés (PBA/PBKA/TMST), la vitesse maximale de 300 km/h était devenue le standard en exploitation. Il était donc évident que le TGV Méditerranée serait exploité à cette vitesse. 

Afin que les rames TGV PSE puissent y circuler sans altérer la fluidité de la ligne, leur vitesse limite a été portée à 300 km/h grâce au changement du rapport de réduction, à l’adjonction d’une ventilation forcée des moteurs de traction et à l’installation de disques de freinage haute-puissance. A la satisfaction générale, ces rames se sont excellemment bien comportées pour ce nouveau service.

Ces rames, prévues à l’origine pour durer 25 ans au plus, ont finalement duré plus de 35 ans au cours desquels elles ont connu:

• une exploitation en unité simple (US) ou en unités multiples (UM2 maxi) pour adapter l’offre à la demande (à noter que les rames bicourant et tricourant sont couplables entre elles).
• trois livrées extérieures : la plus emblématique, à savoir la livrée orange, puis la livrée Atlantique et enfin la livrée Carmillon.
• deux rénovations de leurs aménagements intérieurs (Rénov.1 et Rénov.2).
• trois logos TGV (logo Bayle, logo Tallon, logo Carré Noir).
• presque toutes ont été parrainées par une municipalité.
• un record du monde de vitesse sur rail établi le 26 février 1981 à 380 km/h par le TGV 16.
• l’inauguration de la Ligne à Grande Vitesse par le Président François Mitterrand avec les TGV 16 et 01. 
• deux remorques de l’une d’elles a été transformées avec des aménagements intérieurs de type TGV Duplex pour valider le concept auprès de la clientèle.
• la transformation de la rame TGV 101 en démonstrateur pendulaire P01.

les 109 rames ont toutes dépassé les 13 millions de kilomètres parcourus, ce qui représente 1,45 milliards de kilomètres, soit plus de 35 000 fois le tour de la Terre ou presque 10 fois la distance de la Terre au Soleil. Le record revient à la rame 06 avec 13 916 085 km parcourus.

A ce jour, toutes sont radiées et déconstruites sauf les rames 01, 15 et 16 qui sont administrativement radiées, mais en état de marche sous dérogation.

Cet article concerne essentiellement le matériel roulant TGV. Le TGV est un système qui a révolutionné le transport ferroviaire en France. Ce système inclut également une infrastructure et une alimentation électrique spécifiques, un nouveau mode d’exploitation, une offre commerciale avec une tarification adaptée à la destination rendant la réservation obligatoire et une organisation de la maintenance appropriée aux rames et au confort des voyageurs. 

Au fil des générations, les responsables des programmes TGV ont qualifié ces mesures en tant que « constantes de conception ».