LES LOCOMOTIVES ELECTRIQUES 1500 VOLTS CONTINU EN FRANCE AU TEMPS DES COMPAGNIES.

Par TJP, GB, 2B, PM, FP, BC. Le 27-01-2021.

Préambule

Au tout début du XX^ème siècle, les électrifications en France concernaient pour l’essentiel les lignes situées au cœur de la capitale telles que le Métropolitain, les liaisons Paris-Orsay à Paris-Austerlitz et Paris-Invalides à Issy-les-Moulineaux et un peu plus tard la banlieue de Paris St Lazare.

L’alimentation en 600/650 Volts se faisait par 3^ème rail latéral. Des usines électriques fournissaient l’énergie à partir d’un alternateur entraîné par des machines à vapeur fixes. Le courant alternatif était abaissé et redressé dans des sous-stations au plus près de l’exploitation pour éviter les pertes en ligne. Ces électrifications furent prolongées vers Juvisy, puis Brétigny et Versailles. A la même époque, la Compagnie du PLM mit en service la ligne Saint-Gervais/Chamonix/Vallorcine en 550 Volts et la Compagnie du MIDI mit en service la ligne de Cerdagne en 850 Volts. Ces deux sections étaient à voie métrique et également alimentées par 3^ème rail latéral, l’énergie étant issue de barrages et d’usines hydroélectriques, de par nature, elles ne concernaient que des dessertes locales et ne pouvaient recevoir les grands trains rapides du réseau national. Quant à la Compagnie du PO, elle envisagea de poursuivre l’électrification par 3^ème rail jusqu’à Orléans.

Ce projet fut ajourné avec l’entrée en guerre qui déboucha sur le premier conflit mondial. Enfin, la Compagnie du MIDI misa sur le potentiel de la tension 12000 Volts à la fréquence de 16⅔ Hz en monophasé dès 1909, dont la fourniture d’énergie venait des barrages hydrauliques implantés sur son territoire pyrénéen, avec une projection d’électrifier 950 km de lignes. La compagnie du MIDI dût construire ses propres lignes haute tension pour l’alimentation des sous-stations depuis ses usines hydroélectriques. La tension était abaissée par un transformateur embarqué dans l’engin moteur puis alimentait un moteur à courant alternatif (principe identique aux moteurs à courant continu à excitation série). La commutation (étincelles au niveau des balais au changement de lames sur le collecteur rotatif) était le principal problème. La seule solution connue à l’époque étant le recours à une fréquence plus faible d’où l’apparition du 16⅔ Hz aujourd’hui encore en vigueur en Allemagne, Autriche, Suisse, Suède et Norvège, voire le 25 Hz outre Atlantique.

Parallèlement au MIDI, la Cie du PLM mena une étude d’électrification de la Riviera en 12 kV mais à une fréquence de 25 Hz en créant une section d’essai sur la ligne Cannes-Grasse entre Grasse et Mouans-Sartoux.

Si le principal atout d’une fréquence basse réside dans une plus faible impédance des circuits récepteurs favorables à limiter les chutes de tension, ses principaux défauts impliquent une production et un transport spécifiques de l’énergie ainsi qu’un équipement embarqué plus lourd comme les transformateurs.

Des prototypes furent commandés et mis en service et diverses solutions techniques, plus ou moins complexes, permirent de résoudre certaines difficultés mais cela limitait la puissance des moteurs et rendait ces prototypes peu fiables, tout ceci étant également ralenti, voire stoppé par l’entrée en guerre.

P.O. Compagnie du Paris-Orléans.

Locomotives prototypes et séries originelles du P.O.

A la fin des hostilités, le programme des électrifications put reprendre son cours, d’autant plus d’actualité que les achats de charbon ne faisaient qu’aggraver la situation financière des Compagnies ferroviaires déjà en difficultés. La consommation annuelle française était de 63 millions de tonnes dont 23 millions importées. L’état Français imposa aux compagnies l’utilisation d’une tension différente de celle de l’Allemagne qui avait fortement développé le 15000 V 16^2/3 Hz. La compagnie du MIDI dût abandonner le 12000 V 16^2/3 Hz, pourtant pionnière et en avance techniquement. Juste après l’armistice du 11 novembre 1918, le Conseil Supérieur des Travaux Publics demanda la création d’un comité pour la poursuite des études de l’électrification du réseau national. Le comité fut constitué d’experts du PO, du PLM et du MIDI. Ils se rendirent en Suisse, en Italie, en Grande-Bretagne et aux USA pour étudier les solutions appliquées dans chacun de ces pays. Au retour de cette mission, c’est la tension de 2400 V cc qui fut retenue.

Quant à l’OCEM, cet organisme préconisait plutôt d’abaisser la tension à 1500 V cc. Un deuxième voyage d’études fut organisé en Grande-Bretagne pour approfondir les études où cette tension était en service. Finalement, par décision ministérielle, la tension de 1500 V cc fut entérinée. La Cie du PO, ayant fusionné avec la Cie du Midi, a étendu le programme de construction de barrages et de centrales hydrauliques, notamment dans le massif Central, ainsi que des lignes haute tension (150 kV et 90 kV) pour alimenter des postes de distribution d’énergie vers les sous-stations. Le PLM préféra confier la production d’énergie à des privés (comme Paul Girod). Quant à l’Etat, deux usines thermiques (Billancourt et Nanterre) assurèrent l’alimentation très développée des lignes de banlieue, alors que pour Paris Le Mans le réseau s’en remit aux compagnies de production d’énergie électrique. Le courant alternatif triphasé était abaissé et redressé soit par des machines tournantes (appelées commutatrices) soit par des redresseurs à vapeur de mercure. A la nationalisation des compagnies en 1938, la SNCF devint propriétaire du plus important réseau électrique haute tension interconnecté de France, lequel réseau alimentait d’autres collectivités non ferroviaires comme la ville de Vierzon depuis la sous-station du Bourg, la tour Eiffel, la bibliothèque Nationale et d’autres établissement moindres comme l’hôtel Terminus de la gare St Lazare, jusqu’au salon nautique lorsqu’il avait lieu sur les quais de Seine (aujourd’hui ce n’est bien sûr plus le cas).

Outre les prototypes (objets de concours suivant un cahier des charges établi par les Compagnies) commandés par le PO, le PLM et le MIDI, dont certains ne donnèrent pas ample satisfaction, on peut résumer le parc de locomotives électriques des Compagnies avant la nationalisation de 1938:

Locomotives de vitesse de type 2D2.

Locomotives mixtes de type BB.

Locomotives de manoeuvres.

Compagnie du P.L.M. Paris, Lyon, Méditerranée.

Locomotives prototypes du P.L.M.

Locomotives de séries du PLM.

Locomotives affectées aux lignes de la Maurienne de type 2CC2, 1ABBA1, 2BB2 et 1CC1 (bicaisse et monocaisse). Le cas des quatre 2CC2 (262 AE 1 à 4) est particulier. Ces machines devaient valider les futures locomotives de vitesse du projet non abouti de l’électrification de la Riviera. Ce sont d’ailleurs les seuls « dinosaures » de la Maurienne qui ne sont pas équipés de la récupération du fait de leur masse limite, eu égard aux exigences du cahier des charges concernant la charge maximale à l’essieu.

Compagnie du Midi.

Locomotives prototypes et séries originelles du Midi.

Locomotives de vitesse de type 2C2 et 2D2 .

Autant les BB de la Cie du Midi étaient réussies, autant les 2D2 et 2C2 n’ont pas été très satisfaisantes. Les 2C2 à moteurs verticaux avaient une réputation de mauvaise stabilité à grand vitesse.

Locomotives mixtes de type BB.

• Compagnie de l’ ETAT

Locomotives de vitesse de type 2D2.

Locomotives mixtes de type BB.

LES LOCOMOTIVES ELECTRIQUES 1500 VOLTS CONTINU COMMANDEES PAR LA SNCF.

Les locomotives prototypes de la SNCF en 1,5 Kv.

– Les BB 8100.

Alors que le deuxième conflit mondial gagnait l’Europe, La SNCF réceptionnait les BB 325 à 355 et passa commande en septembre 1940 d’une locomotive prototype à la Société Alsthom : la BB 0401 (future BB 8001). Cette locomotive était fortement dérivée des BB 300 et BB 900 qui donnaient entière satisfaction pour les services auxquels elles étaient affectées. (La BB 0401 en était tellement dérivée qu’elle reprenait les dimensions extérieures des descendantes des BB MIDI puisqu’il était prévu qu’elle passe sur le chariot transbordeur de la gare de Paris-Orsay, qu’elle n’a jamais emprunté, bien évidemment!).

Toutefois, la nouvelle locomotive devait inclure des améliorations concernant :

– la liaison des boites d’essieux au châssis de bogie afin de limiter les chocs en exploitation : boites reliées par des biellettes montées sur silentblocs au lieu de boites guidées par glissières.

– La caisse était entièrement assemblée par soudure électrique.

– Les blocs d’appareillage pouvaient être extraits par la toiture, ce qui réduisait sensiblement les temps d’immobilisation et donc les coûts de maintenance.

A cause du conflit, la construction de la locomotive ne débuta qu’au début de 1945 et fut réceptionnée en 1947. Parallèlement, en novembre 1945, la SNCF passa une commande de 171 locomotives à Alsthom, MTE et Oerlikon-Batignolles en plusieurs tranches. Livrées de 1948 à 1955, ces machines furent numérotées dans la série BB 8100 (8101 à 8171).

Les BB 8100 (et la BB 8001 considérée comme faisant partie de la série) ont assuré un service sans faille en tête des trains lourds de marchandises et de messagerie. Les dernières unités ont été radiées en 2003, soit plus de 50 ans après leur mise en service.

– Les 2D2 9100.

La Compagnie du PLM avait bien envisagé l’électrification de Paris-Lyon mais avait renoncé face au coût exorbitant de cette opération. En 1938, la SNCF à peine créée reprit le dossier de cette électrification. En 1940, pour assurer le trafic de l’époque et à l’instar des autres réseaux, il fut établi que les besoins en matériel moteur électrique seraient de 95 locomotives de vitesse de type 2D2 et de 152 locomotives mixtes de type BB. Par contre, les 2D2 seraient sollicitées pour tracter des rapides lourds de 850 tonnes à la vitesse commerciale de 110/115 km/h, autrement dit à la vitesse plafond de 140 km/h. Avec un tel cahier des charges, il fallait améliorer les performances des 2D2 déjà en service. Par rapport aux 2D2 d’origine PO et ETAT, les améliorations portaient essentiellement sur :

– augmentation de la puissance de 800 kW (3680 KW vs 2880 kW).

– augmentation de la masse adhérente (22t/essieu vs 20t/essieu).

Une fois de plus, le projet fut ajourné pour raison de l’entrée en guerre. Durant la période du conflit, les bureaux d’études commencèrent à étudier des locomotives de vitesse à adhérence totale en remplacement des locomotives à bogies directeurs, notamment sous l’impulsion du constructeur Alsthom. Plusieurs configurations d’essieux moteurs furent envisagées.

Néanmoins, à la fin du conflit, le projet d’électrification de Paris à Lyon étant redevenu d’actualité, la SNCF passa commande de 35 locomotives de type 2D2 9100 contre les 95 unités envisagées avant-guerre. Cette réduction du parc de 60 unités fut justifiée par les espoirs placés dans les futures CC de vitesse. Ces nouvelles 2D2 (9101 à 9135) avaient bénéficié d’une attention particulière pour leur livrée bicolore et leurs enjolivures en aluminium.

Robustes et inusables, ces locomotives se sont illustrées en tête des rapides et express lourds et des trains de messagerie sur la ligne impériale. Mises en service en 1950, la dernière de la série (2D2 9135) est conservée en état de marche et elle est en outre classée « monument historique ».

A noter également le test d’endurance effectué par la 2D2 9101 qui avait parcouru 51657 km au mois de mars 1954, ce qui constitua (à l’époque) un record mondial.

– Les CC 7100.

Durant le conflit, les bureaux d’études, tant chez les constructeurs qu’à la SNCF/DETE, n’ayant pas une lourde charge de travail, se mirent à étudier plusieurs types de locomotives. Tous partirent des principes suivants en fonction des connaissances électromécaniques de l’époque :

– la formule BB ne pouvait qu’offrir une puissance moyenne et donc être affectée au trafic mixte sans pouvoir dépasser les 110 km/h. La formule 2D2, si améliorée fut-elle, trouvait ses limites en termes de puissance tout en pouvant atteindre les 140 km/h avec des express lourds. L’objectif des bureaux d’études était de trouver la formule qui pourrait offrir une puissance accrue pour pouvoir atteindre aisément les 140 km/h, mais aussi à terme les 160 km/h.

Plusieurs formules, inspirées des locomotives américaines, furent présentées telles que des 2CC2, 1CC1, 1BBB1 et même des 1F1 ou 1ADA1. Pour accroître la puissance de la 2D2, on pensa également à motoriser les bogies directeurs pour arriver à une formule de type BDB, mais la masse de toutes ces locomotives ne faisait qu’augmenter pour atteindre les 180 tonnes. Enfin, une locomotive de type ABBA fut extrapolée de la BB 0401.

Finalement, les études se concentrèrent sur la formule CC. A la suite de plusieurs recherches, la société Alsthom, novice dans les locomotives de vitesse, finit par proposer une CC « légère » de 108 tonnes. Afin de garantir la stabilité de marche, l’empattement du bogie et la longueur de caisse furent accrus. Les caractéristiques techniques de cette CC convenaient à la SNCF. Cette dernière passa commande de deux locomotives fin 1946 et immatriculées CC 7001 et 7002. Néanmoins, à la SNCF, on pensait que ce n’était là qu’un engin de transition, l’objectif étant d’aboutir à une BB de vitesse.

Les deux nouvelles CC 7000, livrées en 1949 et donnant satisfaction, furent suivies par une commande de 58 locomotives de la série CC 7100, immatriculées CC 7101 à 7158 et livrées à compter de 1952, compensant la commande annulée des 60 2D2 9100. Dans les domaines électrique et fonctionnement, les CC 7100 étaient des BB 8100 : il était commun de dire « une CC 7100, c’est 1,5 fois une BB 8100 ».

Rapidement mises en service, la SNCF confia ses meilleurs trains à ces locomotives et en particulier, la traction des trains « drapeaux » des régions Sud-Ouest et Sud-Est. Tous les ferroviphiles auront retenu que la CC 7121 avait atteint la vitesse de 243 km/h avec 3 voitures DEV AO et ce sans modifications de la machine. Puis, ce fut au tour de la CC 7107 de s’illustrer à 331 km/h, du moins officiellement. Enfin, ces locomotives avaient été dessinées par le styliste Paul Arzens auquel la France décerna un Janus d’esthétique industrielle. Au tout début des années 2000, les CC 7100 (et les CC 7001 & 7002 considérées comme faisant partie de la série) ont été définitivement retirées du service commercial. La CC 7107 est présentée à la Cité du Train, les CC 7002, 7102, 7121 et 7140 étant conservées par des associations.

Les CC 7100 et leurs dérivées ont connu un certain succès à l’export aux Pays-Bas, en Espagne, au Maroc, en Algérie, en URSS et en Chine.

– Les BB 9200.

Comme nous venons de le voir dans le chapitre des CC 7100, la SNCF, convaincue de la formule BB pour les locomotives de vitesse, lança un appel d’offres portant sur la fourniture de 4 locomotives prototypes BB 9001 à 9004 pour lesquelles DocRail a publié deux articles les concernant. En 1955, la SNCF passa une première commande de 24 locomotives, suivie par deux autres commandes pour atteindre 92 machines dans la série BB 9200 (9201 à 9292). Ces locomotives étaient la synthèse des BB 9003/9004 pour la partie caisse, électromécanique et bogies et des BB 9001/9002 pour les moteurs de traction. Leur construction fut confiée à la Société des Forges et Ateliers du Creusot (SFAC), à la Société des Forges et Ateliers de Construction Électrique de Jeumont (FACEJ) et à la Compagnie de construction Electro-Mécanique (CEM) réunies au sein du groupement Matériel de Traction Electrique (MTE). C’est sous ce sigle « MTE » que ces locomotives sont répertoriées par son propriétaire exploitant. Bien souvent, le nom Jacquemin leur est associé. M. Jacquemin était un ingénieur de la DETE qui avait mis au point une transmission de l’effort moteur aux roues par un système d’anneaux et d’arbre creux. Cette disposition, appliquée à l’origine aux BB 9003/9004 et BB 12000/13000, permettait la suspension totale des moteurs de traction. A compter de 1954, cette transmission a équipé pratiquement l’ensemble des locomotives de la SNCF jusqu’aux BB 26000 Sybic, à l’exception des A1A A1A 68000, CC 40100/70000/72000 et BB Alsthom (16500/8500/17000/20200/25500). A partir de la BB 9200, l’élimination des résistances du rhéostat de démarrage et les couplages moteurs se faisaient par un équipement électrique dénommé JH (Jeumont-Heidmann) dérivé directement de celui des BB 9003 et 9004.

Principe : Un servomoteur commandé depuis le manipulateur de traction entrainait un arbre à cames. Il remplaçait les contacteurs individuels d’élimination du banc de résistances du rhéostat de démarrage ainsi que les contacteurs de couplage des moteurs et de shuntage.

Les nouvelles venues affichaient un rapport puissance massique deux fois supérieur aux 2D2 9100 et de 50% de plus qu’une CC 7100. Dès leur mise en service, les BB 9200 ont ravi les meilleurs trains jusque là confiés aux CC 7100, dont l’incontournable « Mistral ». Avec leurs cousines germaines, les BB 16000, ces locomotives à l’esthétique moderne et très épurée sont rapidement devenues l’emblème de la Société Nationale.

Les BB 9291 et 9292 ont été livrées avec des bogies dotés de boites à rouleaux et un rapport de réduction leur permettant d’atteindre 250 km/h. A l’issue de la campagne d’essais, les BB 9200 allaient permettre à la SNCF de faire circuler un train commercial à 200 km/h : le Capitole rouge et blanc était né et allait faire entrer les BB 9200 dans l’histoire ferroviaire.

Durant plus de quatre décennies (presque cinq pour certaines) les BB 9200 ont fourni un service apprécié. On les disait un peu bruyantes en cabine, mais les nombreuses modifications qu’elles ont subies au cours de leur carrière ont atténué ce défaut. Quelques unités ont franchi la barre des 10 millions de km parcourus, attestant leurs qualités. Enfin, c’est vraisemblablement la série de locomotives ayant reçu le plus grand nombre de livrées extérieures.

Contrairement aux CC 7100, les BB MTE n’ont pas été exportées. Par contre, la SNCF en a acquis 319 unités de cette famille de locomotives (BB 9200/9300/16000/20100/25100/25200).

– Les BB 9400.

Les BB 9400 ont été conçues en tant que locomotives mixtes et peu onéreuses. Elles devaient développer une puissance et un effort à la jante comparables à ceux des BB 8100. De plus, leur conception devait se situer dans les standards de l’époque, les BB 8100 étant considérées comme étant d’une technologie déjà ancienne. En outre, cette locomotive devait être légère (60 tonnes, 15 tonnes/essieu) afin de pouvoir circuler sur les grands axes mais aussi sur les lignes électrifiées moins lourdement armées. Leur construction fut confiée à Fives-Lille-Cail et au groupement MTE. La conception de la caisse s’apparentait à celle des BB 9200/16000, disons « en plus petit ». Il en fut de même pour l’équipement électrique. Par contre, le bogie n’était plus bimoteur mais monomoteur. La liaison caisse-bogies par barres de traction basses et la transmission par arbres creux furent également conservées. Il fut envisagé de leur appliquer la bi-réduction, mais elles n’en furent pas dotées pour des raisons de coûts et de masse.

Elles firent l’objet d’une passation de 6 commandes entre 1658 et 1960. Les 35 unités (9401 à 9435) de la première commande furent réalisées avec une toiture basse agrémentée de deux rehausses supportant les pantographes. A compter de la BB 9436, la toiture fut rehaussée et dotée de plots supportant les organes de captage du courant. L’esthétique de la locomotive en fut légèrement affectée la faisant paraitre « un peu moins petite ». La structure de caisse, et notamment des cabines, étant dérivée des BB 9200/16000, c’est tout naturellement qu’elle fut dotée des mêmes enjolivures que ses ainées s’inscrivant ainsi dans le nouveau visuel de la SNCF.

Les BB 9461 à 9516 ont été livrées de construction avec les coupleurs leur autorisant la marche en unité multiple (UM). Lors d’opérations de maintenance, c’est l’ensemble du parc qui fut rendu apte à l’UM. Les BB 9531 à 9535 ont quant à elles été livrées avec la bi-réduction leur permettant notamment de circuler entre Paris et Tours à 160 km/h avec des rames réversibles composées de voitures USI.

Seules ou en UM, les BB 9400 ont parfaitement rempli leur rôle en tant que locomotives mixtes, que ce soit sur les grands axes électrifiés en 1,5 kV ou sur la ligne des Causses grâce à leur faible charge à l’essieu.

A compter de 1991, un second souffle fut donné à 42 unités d’entre elles : leur transformation en BB 9600 particulièrement dédiées à la traction/pousse de matériels régionaux, les rames RRR en l’occurrence.

LES AUTRES LOCOMOTIVES ELECTRIQUES 1500 CONTINU DE LA SNCF.

– Les BB 8500.

Au milieu des années 60, sous l’impulsion de Fernand Nouvion, la SNCF chercha à développer la locomotive « universelle » avec bi-réduction découlant des BB 16500 monophasées. Ainsi naquit la trilogie des BB 8500/17000/25500 comprenant les BB 8500 à courant continu 1,5 kV, dont 146 unités furent construites en plusieurs sous-séries de 1964 à 1974.

– Les BB 9300.

En 1967, la SNCF reçut les 40 locomotives de la série BB 9300 (9301 à 9340). Ces locomotives étaient surnommées  » les BB 9200 améliorées ». Parmi ces améliorations, on peut citer les principales :

– le renforcement et l’insonorisation des cabines de conduite.

– les persiennes de ventilation allongées.

– les boites d’essieux à rouleaux.

– les pantographes de type AM 18.

– le pupitre de commande « fonctionnel ».

– le robinet de frein à commande électrique.

– le freinage rhéostatique combiné.

De plus, cette locomotive répondait à une démarche en vogue à l’époque, « l’analyse de la valeur » : autrement dit, la suppression du superflu. C’est ainsi que toutes les enjolivures en aluminium des autres BB MTE ont disparu et ont été remplacées par une livrée entièrement réalisée par peinturage. C’est aussi la première série de BB MTE à adopter le vert bleuté foncé 312 au lieu du traditionnel vert bleuté clair 313.

Fait peu connu, un projet de BB « 9300 Capitole » fut envisagé, rapidement abandonné avec l’arrivée des CC 6500.

Ces locomotives réussies n’ont connu que peu de modifications au cours de leur carrière.

  – Les CC 6500.

Puis viendront les très populaires CC 6500, alliant puissance et vitesse. Ces 74 locomotives ont été construites en 3 sous-séries et ce furent les dernières locomotives avec rhéostat de démarrage éliminé par graduateur (ultime évolution du JH).

– Les BB 7200.

Les dernières locomotives à courant continu mises en service sont les BB 7200 à hacheur de courant, construites à 240 exemplaires entre 1976 et 1985.

Toutes les locomotives suivantes commandées par la SNCF seront au minimum bi-courant/bi-tension, voire plus pour certaines comme les BB 36000 et BB 37000.

Docrail publiera plusieurs études concernant les engins moteurs SNCF de grandes séries, à commencer par les BB 9400-9500. A suivre……