Par GB, TJP, 2B, FP, FD, PM, B&HR. Le 23 Novembre 2022.

Le réseau de l’ETAT, lors de l’électrification de la ligne Paris-Le Mans en 1937, met en service des automotrices qui circulent devant les trains rapides. Elles assurent le ramassage des voyageurs dans les gares intermédiaires non desservies par les rapides. L’accélération est rapide et le freinage puissant. Après-guerre le développement des électrifications en 1500V continu des lignes à fort trafic sur le réseau Sud-Est permet une augmentation des vitesses et des dessertes pour les relations entre les grandes villes. Pour les relations à courtes et moyennes distances, il est fait usage de rames tractées ou d’autorails avec remorques. Le nombre d’autorails circulant sous voies électrifiées augmentant la SNCF juge utile de tirer parti des possibilités des électrifications (performance et économie). Elle décide de remplacer les trains légers remorqués par des machines mixtes et les autorails par des automotrices.

Elle prend comme base de réflexion les relations assurées par des X2400 avec deux remorques à bogies. Capacité de 250 places assises, vitesse de circulation 120 km/h. L’étude montre la nécessité d’avoir des automotrices de puissance comprise en 600 et 825 ch.

Composition nécessaire:

-Une automotrice seule.

-Une automotrice avec remorque pilote, encadrant une ou deux remorques selon les besoins capacitaires pour composer des rames réversibles.

– Remorques pouvant assurer des parcours mixtes (machine électrique ou autorail) dans le but de supprimer les correspondances. Relations par voiture directe.

Le principe retenu est celui d’une automotrice pouvant remorquer des remorques légères à bogies du type renforcées, identiques à celles des autorails. Les attelages seront du type classique allégé pour être compatible des autorails.

Pour répondre au besoin de puissance l’autorail de 825 ch servira de base d’étude. La conception de l’automotrice Z7100 découle de celle des X2800.

La caisse des automotrices comporte de nombreux points communs avec cet autorail.

L’étude, sous le contrôle de la SNCF, et la construction sont le fruit de la collaboration de trois entreprises:

-Caisse et aménagement intérieur: Decauville à Corbeil-Essonnes.

-Bogies: La société De Dietrich.

-L’appareillage électrique et les moteurs de traction: La société Oerlikon.

Ces automotrices dites tous services sont commandées à 35 exemplaires. Leur vitesse limite est de 130 km/h. La Z 7101 effectue les premiers essais le 28 avril 1960.

Le développement de l’électrification en courant monophasé 25 KV/50Hz permet aussi l’utilisation d’automotrices monophasées à la place des circulations autorails. A titre de prototypes monophasés, deux automotrices de la commande de 35 seront équipées en courant monophasé 25KV/50Hz et immatriculées Z 9060 et 9061 puis Z 8001 et 8002.

Châssis caisse.

Cet ensemble conçu selon le principe de la poutre tubulaire type Vierendeel en tôles d’acier soudées électriquement, est de conception identique à celle des 825 ch. Les faces latérales sont constituées comme une échelle, deux poutres reliées par des montants verticaux. Les faces sont reliées entre elles par le châssis et les membrures de toiture. Tous ces éléments sont constitués par des profilés et des tôles pliées, recouverts sur leurs faces extérieures par une tôle d’acier de 2 mm d’épaisseur pour les faces et les parois frontales et de 1,5 mm pour le pavillon. Les cloisons intérieures, réalisées en profilés d’acier, contribuent à la rigidité de la caisse. Le châssis est surbaissé et écarté dans la partie centrale. 

La toiture a été conçue pour permettre l’extraction du bloc d’appareillage électrique par le dessus. La partie démontable située au-dessus de ce bloc supporte les pantographes.

La traverses de tête portent les organes de choc et de traction allégé. Ces équipements sont identiques à ceux des autorails. L’attelage est étudié pour la traction de 3 remorques, il a une résistance de 25 tonnes.

La disposition de l’aménagement intérieur est identique à celle de l’autorail X2800.

-Cabine de conduite poste 1.

-Compartiment d’appareillage électrique.

-Compartiment bagages.

-Plateforme d’accès.

-Compartiment de première classe.

-Compartiment de seconde classe.

-Plateforme d’accès.

-Compartiment de seconde classe.

-Poste de conduite (cabine 2). La cabine n’occupe que la demi-largeur de la caisse.   

Les portes extérieures sont coulissantes. Un rail de guidage les ramène dans l’alignement des faces en position fermeture. Elles sont à commande manuelle.

Bogies.

Le bogie résulte d’une étude conjointe de la SNCF et de la société De Dietrich.

Le bogie moteur et le bogie porteur sont identiques dans leurs structures. Le châssis de bogie entièrement soudé est constitué:

-De deux longerons surbaissés en leur centre pour recevoir la suspension secondaire. 

-D’une traverse centrale.

-De deux traverses extrêmes.

Les essieux sont à fusées extérieures avec boites à huile à coussins lisses Athermos. La liaison boite châssis est assurée par des bielles à silentblocs à axes à bout carré.

Suspension.

Suspension primaire:

-Ressorts en hélice et plots caoutchouc prenant appui sur les appendices des boites.

-Amortisseurs hydrauliques pour freiner les oscillations des ressorts, ils sont fixés au châssis et aux boites. 

Suspension secondaire.

Elle est constituée de deux groupes de deux ressorts associés à des amortisseurs à friction:

-Deux ressorts latéraux en hélice prenant appui sur les longerons de bogies et supportant la traverse de charge de la caisse par patin glissoir à bain d’huile.

-Deux ressorts placés de part et d’autre de l’axe du bogie prennent appui sur la traverse centrale du bogie et sur la traverse de charge de la caisse.

La liaison châssis de bogie/traverse de charge est assurée par des bielles longitudinales avec articulations élastiques aux extrémités. Elles permettent un débattement transversal et vertical.

L’entrainement de la caisse est assuré par un dispositif de traction basse passant sous les essieux.

Le bogie moteur est équipé d’éjecteurs de sable. Les sablières sont logées dans la caisse. La commande se fait par électrovalve.  

Transmissions de l’effort moteur.

Les moteurs sont suspendus par le nez sur la traverse centrale du châssis de bogie par l’intermédiaire d’un plot en caoutchouc. Ils reposent sur l’arbre creux de la transmission par un appui réalisé par deux paliers lisses, lubrifiés par une pompe à engrenage entrainée par une couronne dentée fixée sur l’arbre.

La transmission est du type Oerlikon à entrainement élastique bilatéral par arbre creux.

Le pignon moteur entraine une couronne dentée calée sur l’un des plateaux de l’arbre creux. Chaque plateau d’entrainement de l’arbre creux comporte huit manetons s’engageant aux centres de plots en caoutchouc dans les huit alvéoles du voile de roue. Ils sont conçus pour transmettre l’effort moteur aux roues et supporter la partie semi-suspendue du moteur. Les plots sont refroidis au cours de la marche par circulation d’air au travers de canaux naissant vers le centre de la roue et débouchant au niveau des alvéoles. L’air est rejeté par des évents débouchant au niveau de la jante.

Equipement électrique.

Pantographes et Disjoncteur.

Deux pantographes type AM 14 Faiveley sont installés nez à nez coté avant de l’automotrice. Ils sont situés au-dessus du compartiment électrique d’où l’absence de ligne de toiture. De chaque côté des pantographes, des passerelles longitudinales sont disposées en toiture. L’accès aux passerelles se fait après déverrouillage d’une échelle mobile située dans le compartiment à bagages.

Le disjoncteur, type KF 1000A, est situé en partie supérieure du bloc appareillage sous les pantographes.

Moteur de traction.

Les moteurs de traction sont des moteurs autoventilés, tétrapolaires, à excitation série, non compensés type EM 630, tension nominale de 1500 V. Ils sont montés dans le bogie 2, coté poste 2. Les moteurs sont normalement toujours couplés en parallèle.

L’air de ventilation des moteurs de traction est aspiré à l’extérieur au travers de persiennes disposées au niveau de chaque moteur (une par face). Les caissons comportant les miofiltres sont placés sous les sièges du compartiment surélevé de seconde classe. 

Equipements de puissance.

 Le démarrage se fait avec résistances communes aux deux moteurs. La mise en vitesse est obtenue par élimination du rhéostat de démarrage (12 crans) et par trois crans de shuntage. La ventilation des résistances de démarrage est assurée par deux groupes moto ventilateurs, connectés en parallèle sur la dernière résistance du rhéostat. La caisse comporte sur chaque face latérale, au niveau du compartiment appareillage, des persiennes métalliques munies d’un grillage à maille très fine. Les câbles d’alimentation des moteurs depuis le compartiment d’appareillage sont implantés sous caisse.   

Les moteurs de traction peuvent être couplés en série par action du mécanicien depuis le poste de conduite.

Treize automotrices (Z 7120 à 7133) ont été équipées du frein rhéostatique pour utilisation sur la ligne Béziers-Neussargues (présence de rampes de 33⁰/₀₀₎.

En freinage rhéostatique, les deux moteurs sont connectés en parallèle avec inducteurs croisés. Les résistances du rhéostat de démarrage sont alors utilisées comme récepteur. Le réglage de l’effort de retenue est obtenu en utilisant les 12 crans du rhéostat. Résistances de démarrage en ruban d’acier au nickel chrome.

Tous les contacteurs sont à cames, système Jeumont Heidmann (JH). Ils sont groupés avec le disjoncteur et les résistances de démarrage en un seul bloc installé dans le compartiment électrique. Les arbres à cames des groupes de contacteurs sont commandés par des servo-moteurs électriques, alimentés en 72 v.

Appareillages Auxiliaires.

Système Antipatinage.

Deux systèmes ont été montés sur les automotrices.

Z 7101 à 7110: Dispositif Oerlikon.

Z 7111 à 7133: Dispositif SNCF.

Air comprimé. 

L’air comprimé est fourni par un compresseur type AD 2000. Débit 1450 litres par minute sous 7 bars.  Le moteur Oerlikon d’une puissance 9,6 KW est alimenté sous 1500v continu.

L’air est stocké dans deux réservoirs de 315 litres chacun.

Basse tension.

La batterie de 72v est composée de 48 éléments cadmium nickel d’une capacité 80Ah.  Elle est maintenue en charge soit par une résistance réglable, soit par le courant de chauffage. Le coffre à batteries et de résistance de réglage sont placés sous la caisse.

Frein.

Elles sont équipées du frein automatique à air modérable au serrage et au desserrage Jourdain-Moneret.

Dans chaque cabine de conduite est installé un robinet de frein WRA.

Chaque équipement de frein de bogies est alimenté par un distributeur. Ce qui permet en cas d’incident de frein, de n’isoler qu’un bogie.

Chaque bogie comporte quatre cylindres de frein. Ils sont montés aux extrémités du châssis de bogie.   L’effort de freinage est exercé sur les deux côtés de la roue par les sabots actionnés par une timonerie simple avec régleur depuis un cylindre de frein. Les sabots d’un même coté d’essieux sont reliés par un palonnier horizontal.

Un frein à vis manœuvré depuis le poste 1 (coté appareillage électrique) agit sur les deux essieux du bogie porteur.

Aménagement intérieur.

Il est identique à celui des X2800.

Compartiment de première classe:

-12 places assises, 6 sièges doubles type autorail avec accoudoirs et appui-têtes.

-Sièges non adossés aux cloisons. Les dossiers des sièges médians sont réversibles.

-Portes bagages longitudinaux fixés aux battants de pavillon et transversaux fixés aux cloisons.

-Siège en Dunlopillo recouvert de tissu plastifié à carreaux rouges et noirs.

Compartiments de seconde:

-58 places assises, banquettes avec appui-têtes. Il est divisé en deux parties séparées par une plateforme.

• Compartiment central de 26 places. Il comporte le WC. Il est séparé du compartiment de première classe par une cloison et une porte battante. 
• Compartiment d’extrémité de 32 places. Ce compartiment est surélevé du fait de la présence du bogie moteur en dessous. Accès depuis la plateforme par deux marches. 

-Banquettes de 3 places d’un côté du couloir et de deux de l’autre côté.

-Banquettes recouvertes de simili cuir (moleskine) beige.

-Porte bagages disposés transversalement et fixés aux courbes de pavillon  

-6 strapontins sont installés sur la plateforme séparant les compartiments de seconde classe.

Les portes, entre les plateformes d’accès et les compartiments, sont coulissantes de 20mm d’épaisseur. Les autres portes sont battantes.

Les parois intérieures sont recouvertes de formica vert clair identique à celui des autorails. Les cloisons intérieures du fourgon à bagages, des postes de conduite et du compartiment électrique sont recouvertes de tôles d’aluminium

Les portes

Les parois du compartiment toilettes sont en matière plastique stratifiée.

Tous les plafonds sont en tôles d’alliage léger (aluminium).

Isolation.

-Faces et le pavillon: Deux couches de laine de verre séparées par une lame d’air de 15 à 20mm.

-Plancher : 

• Tôle de fond recouverte d’insonastic.
• Laine de verre entre les lambourdes du plancher.
• Lame d’air de 18mm entre le plancher et la laine de verre.
• Contreplaqué de 16mm fixé sur les lambourdes et recouvert d’un tapis Gerflex.

Chauffage ventilation

Compartiments voyageurs :

-Le chauffage est assuré par 15 radiateurs de 1kw de puissance unitaire placés sous les banquettes. Un thermostat d’ambiance permet de réguler la température.

-L’aération ou la circulation d’air est assurée par des aérateurs statiques disposés en toiture.   

Certaines baies sont ouvrantes sur l’une des faces.

-Cabines de conduite :

Poste 1, deux radiateurs de 1kw et 0,5 kw. 

Poste 2, un radiateur de 1kw.

Chaque poste comporte un chauffe-pieds de 150 w.

Eclairage

L’éclairage des compartiments est assuré par 21 tubes fluorescents sous diffuseurs en plexiglas. Ils sont répartis en trois circuits de 7 tubes en série.

L’éclairage des postes de conduite, du compartiment électrique, du fourgon à bagages et des toilettes est assuré par des lampes incandescentes. 

Livrées avant GRG.

Rouge 605.

Crème 407.

Gris 807.

Les 9060 et 9061 futures Z 8001 et 8002.

Elles sont rigoureusement identiques au Z 7100 courant continu à l’exception de la partie électrique, de certaines parties de caisse et de toiture. Les constructeurs sont les mêmes.

L’exploitation des automotrices à redresseurs au silicium ayant donné satisfaction sur la ligne de Savoie, la SNCF décide d’installer cette technologie dans les deux prototypes du fait de leur faible encombrement et du poids réduit. Cette solution à l’avantage de conserver les moteurs Oerlikon EM630 des Z7100.

La caisse est identique à celle des Z 7100, sauf au niveau du compartiment d’appareillage et de la cabine 1.

-Les deux prototypes 25kV/50Hz comportent des grilles de ventilation en partie basse de caisse et deux hublots circulaires par face pour l’éclairage du compartiment.

-Une porte d’accès extérieur sur la face gauche en cabine 1.

Par manque de place, le groupe compresseur est placé sous caisse, avant la plateforme entre les compartiments de seconde classe.

Elles sont mises en service en février et juillet 1962. 

Partie électrique.

Du fait de la présence en toiture du disjoncteur monophasé et du sectionneur de mise à la terre, un seul pantographe équipe ces automotrices. Le disjoncteur DBTF et le pantographe sont installés sur la partie démontable juste au-dessus du compartiment appareillage, identique aux Z7100. 

Pantographe Faiveley type AM 22.

Le transformateur est placé dans le compartiment appareillage. Il comporte :

-Un enroulement primaire.

-Un enroulement secondaire comportant six prises de réglage alimentant le graduateur.  

-Une prise sur l’enroulement primaire permettant:

• L’alimentation en 1500v des auxiliaires (chauffage, éclairage, compresseur)
• L’alimentation du transformateur auxiliaire. Il fournit du 380V et 110V pour les différents auxiliaires, charge batterie, pompe à huile et moteurs de ventilateurs.

Le graduateur comporte vingt-deux crans. Il alimente deux ensembles redresseurs au silicium, montage en pont de Graetz entièrement indépendant. Ce choix permet d’isoler une branche (un moteur) en cas d’avarie.

Z 9060: Redresseur par thyristors SIEMENS. Réglage continu de la tension et du courant à partir de références données.

Trois crans de shuntage (cran 23 à 25) pour le shuntage des inducteurs.    

Z9061 : le système de shuntage est automatique par thyristors BBC et réglage continu entre les crans de marche sur les six prises du transformateur. Cet équipement est installé en toiture.

Les redresseurs au silicium sont construits par Siemens, ils sont constitués de quarante-huit cellules.

L’ondulation du courant d’alimentation des moteurs de traction est lissée par deux selfs de lissage Elles sont placées sous caisse au niveau du compartiment de première classe. 

Auxiliaires.

Un pont redresseur de vingt cellules permet d’alimenter le moteur du compresseur, ce dernier étant identique à celui des Z7100.

Un groupe moto pompe à huile de 2,6 kW assure la circulation de l’huile de refroidissement du transformateur au travers d’un réfrigérant à huile.

Deux groupes moto-ventilateurs de 0,6 Kw, placés sous les blocs redresseurs traction et alimentation moteur compresseur, assurent la ventilation. L’air est aspiré dans la caisse au travers des grilles latérales équipées de miofiltres. L’air est évacué par une ouverture au niveau du plancher du compartiment appareillage. Le réfrigérant à huile est placé directement derrière la grille latérale droite.

Le graduateur est commandé par un servo-moteur type JH.

 Utilisation des Z.

Les automotrices Z 7100 ne peuvent être conduites, ni en unité multiple, ni en jumelage.

-Elles remorquent normalement une ou plusieurs remorques renforcées du type ZR 17100 ou 17200 et ZR 27100 ou 27200, comportant une ligne de train.

-Elles peuvent aussi remorquer des remorques d’autorail à bogies. Ces remorques unifiées doivent être placées après les remorques renforcées. Dans ce cas la vitesse limite est de 120km/h.

-Elles peuvent remorquer une voiture à voyageurs ou véhicule assimilé du type Lo. Elle doit être placée en queue du convoi, qui ne doit comporter que des remorques renforcées. Les sections de lignes autorisant ces circulations sont désignées par Consigne Régionale.

-Les possibilités de remorquage sont fonction du profil. Dans tous les cas, sous réserve de ne pas dépasser la charge limite, le nombre total de véhicules remorqués ne doit pas dépasser quatre.

Lignes parcourues par le Z 7101 à 7120 en service régulier.

Lyon-Dijon-Laroche Migennes-Sens-Montereau.

Lyon-St Etienne.

Lyon Valence-Avignon-Marseille. Avignon-Cavaillon-Marseille à partir de septembre 1977.

Marseille-Montpellier-Narbonne.

Lyon-Ambérieu-Culoz-Chambéry.

Mâcon-Ambérieu.

Dijon-Bourg en Bresse (Ligne de la Bresse) à partir de mai 1970.

Lignes parcourues par le Z 7121 à 7133 en service régulier.

Marseille-Avignon-Nîmes Narbonne-Toulouse.      

Béziers-Neussargues.

Toulouse-Brive-Limoges.

Toulouse-Axe les Thermes.

Narbonne-Perpignan à partir de septembre 1981.

Lignes parcourues par le Z 8001 et 8002 en service régulier.

Strasbourg-Sarrebourg-Metz.

 Metz-Nancy.

Nacy-Longwy.

Elles sont mutées en Savoie à Annemasse en 1968

Annemasse-La Roche sur Foron- St Gervais le Fayet.

La roche sur Foron-Annecy-Aix les Bains.

Annemasse-Evian à partir d’octobre 1972.