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TGV 001

Publié le jeudi 19 décembre 2019 à 23:29

Par 2B le 19-12-2019

La rame A du projet C03

Préambule

Le TGV 001 fut le fruit du projet C03 de la Direction de la Recherche né en 1968, consistant à relier Paris à Lyon par une liaison ferroviaire à grande vitesse sur une ligne nouvelle. Au début du projet, trois sortes de rames furent envisagées et nommées : la rame A entièrement articulée, la rame B semi-articulée et pendulaire et la rame C de conception classique avec locomotive et voitures. Cette dernière version fut rapidement abandonnée, la rame B n’ayant été concrétisée que par quelques maquettes à l’échelle 1/10ème et quelques sous-ensemble de la pendulation expérimentés à l’échelle 1/1 sur la plateforme d’essais de Mitry.

Il est clair que l’intuition des ingénieurs du secteur a favorisé le développement de la rame A, au point qu’il a pratiquement englouti les budgets alloués à la rame B. D’ailleurs, les premières esquisses des designers Jacques Cooper et Roger Tallon focalisent en priorité la rame A dès 1968. 

Maquette échelle 1/20 ème du projet C03 réalisée par Roger Tallon en 1968.
Diverses vues du projet C03 réalisées par Jacques Cooper en 1968.
Dessins du projet C03 réalisé par Jacques Cooper en 1968
Dessin du projet C03 réalisé par Jacques Cooper en 1969
Dessin du projet C03 réalisé par Jacques Cooper en 1969

Constitution de la rame

La rame est composée de trois remorques encadrées par deux motrices suivant la composition M+3R+M.

L’ensemble de la rame est du type articulé. Celle-ci repose sur six bogies moteurs. Les deux essieux de chaque bogie sont entrainés par des moteurs électriques entièrement suspendus. Chaque motrice alimente les six moteurs des trois bogies d’une demi-rame.

Les deux remorques d’extrémité sont aménagées; l’une en voiture de 1ère classe comportant 34 places assises disposées en sièges 2+1, l’autre en voiture de 2ème classe comportant 56 places assises disposées en sièges 2+2. La remorque centrale est aménagée en laboratoire. Le dessin des formes, la décoration extérieure et des aménagements intérieurs sont dus au styliste Jacques Cooper.

Photo officielle du TGV 001 à Belfort en 1972

Caractéristiques générales à la sortie d’usine

Longueur totale de la rame : 92,900 mètres.

Hauteur maximale au-dessus du rail : 3610 mm pour les motrices, 3400 mm pour les remorques.

Largeur hors-tout : 2894 mm pour les motrices, 2814 mm pour les remorques.

Masse totale à vide en ordre de marche (VOM) : 188,200 tonnes.

Vitesse maximale : 300 km/h.

Charge maximale à l’essieu : 16,8 tonnes.

Puissance installée : 3760 kW.

1ere sortie d’atelier du TGV 001 à Belfort en 1972. On note la capacité de la rame à circuler en courbe de 100 m, voir même moins en démontant certaines liaisons caisse/bogie.

Les motrices

La partie avant

De forme profilée, elle est réalisée par une ossature résistante soudée aux longerons du châssis et à la traverse de tête. Cet ensemble constitue un bouclier de protection frontale.

Devant le bouclier, un élément démontable fait office de fusible et de caisson d’absorption des chocs. Le carénage avant, de forme aérodynamique, est réalisé en stratifié verre/polyester.

Les batteries 72 V et 24 V sont installées à l’avant dans le carénage. On y accède par deux trappes latérales battantes. La batterie 72 V est constituée de 48 éléments 500MH-VO Saft répartis en six bacs pour une masse de 373 kg. La batterie 24 V est constituée de 20 éléments GPX 850 Saft répartis en quatre bacs pour une masse de 104 kg.

Partie avant de la motrice: On note le carénage avant en polyester, la trappe d’évacuation de secours, la porte d’accès à la cabine décalée vers l’arrière; beaucoup de principes qui seront reconduits sur les rames de série.

La cabine de conduite

Les portes d’accès à la cabine sont situées au-delà de l’axe du bogie, vers l’arrière de la motrice. De chaque coté de la cabine, 2 trappes rabattables permettent l’évacuation de secours du mécanicien en cas de déformation des issues normales. La cabine est climatisée et bien insonorisée. Elle comprend un siège ergonomique pour le conducteur et un siège mobile pour l’accompagnateur.

Le pupitre de commande repose sur une planche de bord ; il comprend, face au conducteur, le manipulateur de commande et la boite à leviers.

Sur la gauche du pupitre, on trouve le levier de la commande du freinage et, à droite, le levier de commande de la traction et l’inverseur du sens de marche. Sur la planche de bord, à gauche du pupitre, on trouve le bouton-poussoir du freinage d’urgence, la commande automatique des freins d’urgence avec le bouton de réarmement et le micro de la radio sol/train. À droite, sont installés le bouton d’acquittement des signaux et la commande des avertisseurs. Sur le tableau de bord, on trouve de gauche à droite :

– les manomètres de contrôle du frein, des conduites générale et principale.

– l’indicateur de vitesse.

– la commande des extincteurs des compartiments-machines.

– les ampèremètres.

– le bouton de démarrage et d’arrêt des turbines.

– l’indicateur de vitesse de secours.

– l’interrupteur d’éclairage du pupitre.

– la commande de la climatisation.

– le casier à plis.

La console de gauche abrite également l’équipement radio et la console de droite comprend la commande des lave-vitres et le dispositif d’interphonie.

La cabine de conduite du TGV 001.

Le compartiment moteur

Il est constitué de plusieurs sous-ensembles. Toutes les portes et cloisons sont pare-feu et insonorisées. De l’avant vers l’arrière de la motrice, on trouve 3 compartiments qui renferment successivement :

– le bloc de commande des divers appareils dont l’accès se fait par une porte vitrée dans la cabine, le bloc électrique de traction et le bloc du frein rhéostatique.

– le groupe bi-turmo avec les deux turbines à gaz, les alternateurs principal et auxiliaire, le transformateur et le redresseur : le tout est coiffé par une toiture démontable comprenant le silencieux d’échappement.

– les conduits d’aspiration avec leur chambre de tranquillisation, le coffre à filtres et les éléments d’insonorisation.

L’ensemble du groupe bi-turmo et de l’alternateur montés sur leur berceau.
Installation du groupe bi-turmo dans la motrice.

Le compartiment à bagages

D’une surface au sol d’un peu plus de 7m², il possède une porte battante sur chaque face. Il renferme l’armoire électronique des équipements de sécurité, de signalisation et de radio, le pupitre de l’agent de train, une armoire vestiaire et un aérotherme pour son chauffage.

L’aménagement sous caisse.

Le dessous de caisse est entièrement caréné et aménagé pour recevoir les réservoirs à combustible de gas-oil (G.O) et de pétrole sans paraffine (PSP), les pompes et filtres à carburant, le groupe de climatisation de la cabine de conduite et l’appareillage de commande et d’alimentation du frein des deux bogies de la motrice. Des portes et des trappes démontables, montées sur une structure en aluminium, permettent l’accès à ces différents organes.

Mise sur bogies d’une motrice à Belfort.
Vues de équipements sous-caisse de la motrice; on note aussi l’orifice de remplissage du gas-oil.

La structure de caisse

Elle est du type autoportant en acier semi-inoxydable à haute limite élastique. Elle est définie pour résister à un effort de compression axiale de 200 tonnes. La charpente, conçue en éléments soudés électriquement, comprend deux faces latérales constituées d’un maillage de montants et de longrines. Les faces sont réunies à leur partie inférieure par des traverses et à leur partie supérieure par des arceaux reliant les battants de pavillon. Le caisson, formant le bouclier avant, résiste à un effort de 70 tonnes appliqué au niveau de la ceinture supérieure, sous les baies frontales.

Structure de caisse de la motrice et du bouclier frontal.
Structure de caisse de la motrice vue coté compartiment à bagages.

L’attelage et le tamponnement

La motrice ne possède pas d’organes de tamponnement, mais elle est dotée d’un attelage de secours rétractable dont l’accès se fait par la dépose du panneau frontal sur lequel figure le sigle SNCF.

À l’arrière de la motrice, les organes de choc et traction sont constitués d’anneaux d’intercirculation et d’une rotule.

Vue d’ensemble de l’anneau d’intercirculation et du bogie Y225 à l’arrière d’une motrice.

Les turbomoteurs

Le groupe turbomoteur est constitué par 2 turbines de type Turmo III G entrainant, par l’intermédiaire d’un réducteur commun, l’alternateur de traction et l’alternateur auxiliaire, montés en tandem sur un même arbre et dans une même carcasse. Le groupe est conçu de manière à pouvoir fonctionner sur une ou deux turbines. L’ensemble alternateur principal et alternateur auxiliaire est flasqué sur le réducteur du groupe bi-turmo. Le groupe électrogène ainsi constitué repose en quatre points sur le plancher de la motrice par l’intermédiaire de quatre plots élastiques : deux points sous l’alternateur, deux autres sous le réducteur.

Le groupe bi-turmo est fourni par la société Turboméca installée à Bordes (Pyrénées Atlantique).

– puissance du groupe : 1880 kW (2 x 940) à 15° C et sous 1013 mbar.

– masse du groupe : 5150 kg (dont bi-turmo + réducteur = 1620 kg, alternateur = 3240 kg, huile = 290 kg.

– consommation horaire à P max. = 740 kg/h.

– température des gaz d’échappement = 500° C environ.

– débit d’air à l’aspiration : 12 kg/sec. (environ 10 m³/sec.)

– débit d’air à l’échappement : 12 kg/sec. (environ 10 m³/sec.)

L’ensemble des paliers du groupe est graissé à l’huile. Il y a trois circuits indépendants : un pour chaque turbine, un pour le réducteur et un pour le palier arrière de l’alternateur. Les trois réfrigérants d’huile sont situés sous le groupe et refroidis par un ventilateur unique de 30 kW dont le débit d’air est de 4 kg/s (environ 3,4 m³/sec.).

Le groupe est alimenté par deux types de carburants : le carburant de démarrage (PSP) contenu dans un réservoir de 130 litres et le carburant de marche normale (G.O) contenu dans une soute de 4000 litres. Les turbines sont alimentées par une pompe à PSP de 400 l/h de débit sous 7 bars et par une pompe à G.O de 720 l/h de débit sous 1,3 bar.

Le lancement des turbines est réalisé par une dynamo-démarreur sous 24 V qui assure également la charge batteries 24 V.

Vue de dessous de l’ensemble du groupe bi-turmo et de l’alternateur montrant les réfrigérants d’huile.

Le filtrage-ventilation

L’air consommé par les turbines est aspiré au travers de seize matelas filtrants en crin néoprène de 620 x 450 mm. A cela s’ajoutent cinq filtres de mêmes dimensions pour l’alternateur, les redresseurs et les moteurs de traction (deux pour le bogie avant et un pour le bogie arrière) Le débit d’air total est de 24,5 m³/sec.

La transmission

La transmission est du type triphasé-continu. Elle comporte en particulier, pour une motrice :

– un alternateur principal hexapolaire type AT9A1 ; la vitesse de rotation est de 4000 tr/min, la fréquence délivrée est de 200 Hz et sa puissance de définition est de 2175 kW. La tension redressée en service est de 750 V avec un maximum de 1000 V. L’intensité maximale est de 4800 A au démarrage et de 2900 A en régime continu. L’excitation est fournie par l’alternateur auxiliaire via un pont mixte (thyristors et diodes).

– un bloc redresseur monte en pont de Graëtz constitué par six bras de quatre diodes chacun en parallèle ; le pont fonctionne sous une tension maxi de 1000 V et une intensité de 4800 A. Sa masse est de 320 kg.

– six moteurs de traction de type TAO 670 A1 équipés de ralentisseurs à courants de Foucault Telma type Focal 205. Ce moteur est alimenté en régime continu sous 750 V (avec un maxi de 1000 V). L’intensité au démarrage est de 800 A et il tourne à 3000 tr/min à la vitesse maximale. Sa masse est de 1220 kg (1500 kg avec le ralentisseur). Il développe 310 kW à 2000 tr/min et sa puissance électrique de freinage est de 400 kW.

Vue sur la transmission du bogie Y225.

Le freinage

Le freinage de la rame (motrices et remorques) est assuré par deux types de frein :

– le frein sans frottements qui comprend le freinage rhéostatique et le freinage par courants de Foucault (Telma). Ces freins fonctionnent depuis la vitesse maximale jusqu’à une vitesse proche de l’arrêt.

– les freins d’appoint et d’arrêt qui comprennent les freins à sabots agissant sur les roues depuis 120 km/h jusqu’à l’arrêt en freinage de service et de 180 km/ à l’arrêt en freinage d’urgence et le frein électromagnétique qui n’agit qu’en freinage d’urgence depuis la vitesse maximale jusqu’à une vitesse proche de l’arrêt.

La production d’air

Elle est obtenue à partir de deux moto-compresseurs Westinghouse de type 242 VBZ produisant 1500 l/min sous 9 bars. Ils sont installés dans la remorque centrale. Le stockage de l’air est de 1500 litres répartis dans quatre réservoirs de 250 litres sous la remorque centrale et dans deux réservoirs de 125 litres dans chaque motrice.

Les remorques

Longueur hors tout : 18,206 m.

Largeur hors tout : 2,814 m.

Hauteur au-dessus du rail : 3,400 m.

Entraxe pivots de bogies : 18,300 m.

Masse de la remorque de 1ère classe (34 pl.) : 19,040 t.

Masse de la remorque de 2ème classe (56 pl.) : 19,370 t.

Masse de la remorque laboratoire : 18,860 t.

La structure de caisse

Elle est de conception tubulaire monobloc à revêtement travaillant en acier semi-inoxydable à haute limite élastique. Elle est conçue pour résister à une compression axiale de 200 tonnes dans la partie dédiée aux voyageurs et de 150 tonnes dans les extrémités faisant office de zones fusibles. L’ossature est formée d’éléments emboutis ou pliés assemblés par soudure électrique. La partie inférieure (formant le châssis) est constituée de deux caissons extrêmes surélevés au-dessus des bogies, d’une poutre centrale (reliant les caissons extrêmes) formée de quatre âmes et deux semelles et de deux longerons extérieurs liés à la poutre centrale par des traverses.

Les deux faces, constituées de montants et de longrines, sont soudées à leur base aux longerons et au battant de pavillon à leur partie haute. Les battants sont reliés entre eux par des courbes de pavillon placées dans l’axe des montants. L’ensemble est recouvert du tôlage travaillant. Les extrémités sont conçues pour recevoir les anneaux d’intercirculation.

Structure de caisse d’une remorque vue côté anneau porteur à Aytré.
Structure de caisse d’une remorque vue côté anneau fixe à Aytré

L’anneau d’intercirculation

Il assure la liaison mécanique entre le bogie médian et les extrémités des caisses. Il est constitué de deux structures mécano-soudées, l’une boulonnée à un dossier de caisse, l’autre accostée à la caisse grâce à un crochet de repos. Les deux structures sont reliées entre elles par une rotule qui assure tous les degrés de libertés entre caisses et la fonction choc et traction. Il assure en outre l’intercirculation entre tous les véhicules de la rame.

Structure de l’anneau porteur.
Structure de l’anneau porteur en cours de soudage.
Rotule de liaison entre les anneaux porteur et fixe.

Le local de climatisation

Il comprend l’équipement de conditionnement de l’air et possède des cloisons insonorisées. Le conditionneur Semca est basé sur le principe « compression-détente de l’air. Il est entrainé par un moteur 380 V/400 Hz de 44 kW. L’air neuf, aspiré sur les dossiers de caisse est distribué par un double réseau soufflant l’air conditionné par des diffuseurs installés dans les nez des porte-bagages.

La remorque de 1ère classe est dotée de diffuseurs orientables accolés aux liseuses. L’air de la salle est évacué par des gaines aboutissant à un boitier logé sous caisse et doté de deux orifices calibrés. Les plateformes et les couloirs sont également climatisés. Lors des passages en tunnel, le système de climatisation fonctionne en circuit fermé.

Le local à bagages

Il est placé en face du local de climatisation. Il est constitué de trois niches pour recevoir les gros bagages. La face orientée vers la plateforme renferme une armoire électrique contenant l’appareillage de commande de l’éclairage, de la climatisation et de la sonorisation.

La plateforme d’accès

Elle est dotée d’une porte louvoyante-coulissante par face. La porte est constituée par un sandwich polyester/mousse de polyuréthane. À la fermeture, l’étanchéité est obtenue par des joints gonflables. La dernière marche de l’emmarchement se déploie automatiquement à l’ouverture et se rétracte à la fermeture afin de s’inscrire dans le profil du bas de caisse. La fermeture des portes est commandée par le chef de train. L’ouverture des portes, de l’intérieur ou de l’extérieur, est commandée par une poignée. L’ouverture est condamnée par un critère vitesse au-delà de 6 km/h.

Porte d’accès ouverte et marchepied mobile déployé.

La salle des voyageurs

Elle dispose de six baies par face. L’accès à la salle se fait par deux portes en verre à commande automatique par tapis sensible. A partie centrale du pavillon comporte une vasque continue diffusant l’éclairage de la salle. L’éclairage de secours se fait par la batterie. Le pavillon est constitué de panneaux en plastique stratifié perforé avec insertion de panneaux de laine de verre entre le tôlage extérieur et le revêtement intérieur. Les faces sont, comme le plafond, garnies de modules en polyester stratifié avec isolation en laine de verre. Les cloisons sont formées d’une âme en nid d’abeille de papier kraft phénolique et de panneaux d’aluminium collés de part et d’autre. Ces cloisons sont revêtues de tissu ou de plastique en salle voyageurs ; côté plateforme, elles sont recouvertes de tissu vinylique monté sur mousse. Chaque baie est constituée d’un ensemble monobloc comprenant un cerclage en aluminium insérant deux vitres trempées ; la vitre extérieure est athermique de couleur bronze. Le plancher est constitué de panneaux de contreplaqué fixés élastiquement sur des lambourdes goujonnées au platelage. Il est recouvert de moquette dans les salles voyageurs et de dalles vinyle dans la remorque laboratoire.

En 1ère classe, on trouve des sièges simples dotés d’une tablette rabattable, d’un porte-revue et d’un cendrier dans l’accoudoir gauche. Les sièges de 2ème classe possèdent les mêmes équipements, hormis les cendriers de type automobile logés dans les dossiers.

Intérieur de la salle de 1 ère classe.
Intérieur de la salle de 2 ème classe.

Les toilettes

Deux locaux sont placés en bout de salle, côté opposé à la plateforme d’accès. Chaque local comporte un lavabo avec eau chaude et eau froide, un meuble cuvette de WC et divers accessoires, dont une prise rasoir. Les effluents sont stockés dans un réservoir de rétention placé sous châssis.

Intérieur du local toilettes vue côté cuvette de WC.
Intérieur du local toilettes vue côté lavabo.

Le dessous de caisse

Il est caréné par une succession de coffres étanches. L’ossature des coffres est réalisée en profilés d’aluminium fixés au châssis. Les coffres renferment les équipements sous caisse dont l’accessibilité se fait soit par des trappes articulées, soit par des panneaux démontables.

Les anneaux d’intercirculation

Les anneaux sont des structures mécano-soudées. Ils comportent chacun une partie dite « anneau fixe » dont le dossier est boulonné à une extrémité de caisse et une partie dite « anneau porteur » reliée à l’autre extrémité de la caisse par un crochet et dont le dossier repose par appui à l’aide de blocs en caoutchouc-métal. Les degrés de liberté entre les anneaux sont assurés par une rotule en caoutchouc armé. La traverse inférieure de l’anneau porteur assure le repos des caisses sur les suspensions pneumatiques et l’entrainement entre la caisse et le bogie se fait par une broche articulée en forme de Té.

L’intérieur des anneaux est garni de panneaux isolants afin de garantir une intercirculation étanche et insonorisée.

Intérieur de l’anneau d’intercirculation.

Le bogie Y 225

Il a un empattement de 2,600 m et comporte les éléments décrits ci-après :

– le châssis est réalisé en tôles d’acier B Martin, soudées en caissons, pour constituer deux longerons reliés par une traverse centrale et deux traverses tubulaires en extrémités. La traverse centrale comporte en son milieu un fourreau destiné à recevoir le dispositif d’entrainement caisse/bogie.

– les organes de roulement sont équipés de roues monoblocs, en acier C47TS, d’un diamètre au roulement de 900 mm. Les boites d’essieux sont liées au châssis de bogie par des biellettes d’entrainement garnies de silentblocs. Chaque boite est équipée d’un roulement-cartouche Timken lubrifié à la graisse Shell Alvania RA.

– la suspension verticale est à deux étages. L’étage primaire est constitué par huit groupes de ressorts hélicoïdaux reposant sur les consoles des boites d’essieux et en appui sous les longerons avec un intercalage de semelles en caoutchouc. Chaque boite est dotée d’un amortisseur hydraulique anti galop. L’étage secondaire est constitué de coussins pneumatiques de type Sumiride. Ils sont placés suffisamment haut pour combattre la gîte des caisses.

– la suspension transversale est réalisée par un tandem de blocs-sandwichs caoutchouc-métal Kléber-Colombes dont la fréquence d’oscillation est de 0,8 Hz. Des butées transversales limitent le jeu transversal caisse/bogie à ± 80 mm. La suspension transversale est dotée d’un amortisseur hydraulique.

– une barre longitudinale, flasquée contre le longeron et reliée aux caisses par des amortisseurs hydrauliques assure la double fonction d’antilacet et de rappel bissecteur du bogie par rapport à l’angulation caisse/caisse lors du passage en courbe.

– le mouvement est transmis aux essieux par un train d’engrenages logé dans un carter. Une transmission de type à cardans avec arbre creux relie la roue dentée principale au flasque de la roue d’essieu opposée au carter d’engrenages. Cette transmission est connue sous l’appellation « Jacquemin ».

– l’équipement de freinage décrit ci-dessus.

– les capteurs donnant les informations sur la vitesse de rotation des essieux contrôlant l’antipatinage et l’antienrayage.

Ensemble du bogie moteur Y225.

Les modifications

Le TGV 001 a subi des modifications inhérentes aux solutions techniques testées pour l’amélioration de ses performances et des équipements qui allaient anticiper les choix fondamentaux à retenir pour les futures rames de série. L’une des principales aura été la recherche de l’amélioration du confort.

On peut également citer une modification importante du câblage lors de l’installation des bogies porteurs Y226 et Y229 testés entre la motrice M1 et la remorque R1. En effet, le fonctionnement par demi-rame s’en trouvait déséquilibré. Il a donc fallu reporter l’alimentation énergétique venant de la M1 aux bogies moteurs 1 et 4, la motrice M2 n’alimentant plus que les bogies 5 et 6. La réduction de six à quatre bogies moteurs n’a pas empêché ce remarquable prototype à continuer de réaliser ses marches d’essais à 300 km/h.

Plaque de constructeurs du TGV 001.

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