L’idée de créer un train à grande vitesse pour relier les principales villes françaises a émergé au cours des années 1960, après que le Japon a commencé en 1959 la construction du premier train à grande vitesse au monde, le Shinkansen, qui fut mis en service en 1964 avec l'inauguration de la première ligne à grande vitesse reliant Tokyo à Osaka.

À l’époque, la SNCF cherchait un moyen de redresser la fréquentation de ses trains, qui baissait inexorablement. Une augmentation substantielle de la vitesse apparut comme la solution qui lui permettrait de concurrencer efficacement l’automobile et l’avion. Elle était stimulée par les expérimentations du projet d’aérotrain qui faisait appel à la technologie du coussin d’air radicalement différente du contact roue/rail du chemin de fer classique. Elle expérimentait également la voie des turbotrains légers testant dès 1967 le prototype TGS puis les ETG en service commercial dès mars 1971.

Le 1^er août 1966, un service de recherche naît à la SNCF, avec le lancement de l’étude « possibilités ferroviaires à très grande vitesse sur infrastructures nouvelles », le projet « C03 ». Ce projet innove à la fois par l’idée de la création de lignes nouvelles et par l’attention portée à la qualité de service et à la tarification, alors que la politique de la SNCF visait à cette époque prioritairement la réduction des coûts. Après avoir été présenté aux pouvoirs publics en 1969, le projet C03 est adopté en comité interministériel le 25 mars 1971. Toutefois, la mise en concurrence de ce projet avec celui de l’aérotrain laisse planer un doute sur l’issue de cette opération. La décision est prise en 1974 lors d’un conseil interministériel restreint sur les économies d’énergie. Jules Antonini rédige une note qu’il dépose en bas de la pile de dossiers. Le président Georges Pompidou, déjà malade, abrège les débats au bout de trois heures et le projet TGV est lancé.

Dans sa première version, le TGV devait être mû par des turbines à gaz. Ce choix était motivé par la taille relativement petite des turbines, leur puissance massique élevée et leur capacité à délivrer une puissance élevée pendant un temps important. Le premier prototype TGV 001 sortit des ateliers Alsthom de Belfort le 25 octobre 1971 et fut la première rame de ce type construite. La seconde ne vit jamais le jour pour cause de budget serré.

Les essais du TGV 001, qui débutèrent le 4 avril 1972 sur la ligne de la plaine d'Alsace, apportèrent cependant beaucoup d’enseignements utiles à la suite du projet, notamment dans le domaine du freinage à haute vitesse, qui nécessitait de dissiper une importante quantité d’énergie cinétique, de l’aérodynamique et de la signalisation. La rame était articulée, deux caisses adjacentes s’appuyant sur un bogie commun (comme sur les rames inox Z 3700) tout en conservant une possibilité de mouvement relatif.

Ce prototype atteignit la vitesse de 318 km/h, pulvérisant ainsi le record du monde de vitesse ferroviaire en traction thermique. Le style du TGV, tant intérieur qu’extérieur avec le nez caractéristique des motrices, est dû au designer français Jacques Cooper et a marqué les générations suivantes de matériel.

Depuis 2003, une des motrices du TGV 001 est exposée aux abords de l’autoroute A36⁷, près de Belfort, et l’autre à Bischheim, près de Strasbourg le long de l’autoroute A4, où se situe également un centre industriel de rénovation et d’entretien des rames et des motrices.

La naissance du TGV actuel

À la suite de la crise pétrolière de 1973, le choix fut fait de passer à la traction électrique, avec acheminement du courant par caténaires et captage par pantographe. Les raisons de ce choix furent autant politiques que techniques ou économiques : en effet, le coût de l’énergie ne représentait alors que 5 % environ du coût de traction, soit 20 francs de l’époque par rame/km(16 € équivalent 2007), et le coût d’une rame électrique était d’environ 10 % plus élevé que celui d’une rame à turbines, pour une capacité inférieure, sans compter le coût des installations fixes.

Le passage à la traction électrique imposa de reprendre le programme de recherches et d’essais dans nombre de domaines.

La SNCF transforma en 1974 une automotrice Z 7100 pour construire le prototype Z 7001 surnommé Zébulon, qui permit de tester plusieurs innovations :

pantographes à deux étages ;

moteurs de traction suspendus à la caisse pour alléger (2,95 t en moins) les masses non suspendues des bogies et réduire ainsi les efforts sur la voie ;

nouvelles dispositions en matière de suspension et de freinage.

Zébulon parcourut environ un million de kilomètres en marches d’essais.

En 1974, le président Pompidou décide le lancement de ce projet plutôt que celui de l’aérotrain (moteur thermique), puis le premier ministre Pierre Messmer décide le 5 mars d’engager la construction d’une première ligne entre Paris et Lyon, la LGV Sud-Est (LN1).

Le projet est entièrement financé par la SNCF, essentiellement par emprunts sur le marché international en yens et en dollars US, très fluctuants par rapport au franc. Cela entraîne une explosion de l’endettement de la société nationale. Cet endettement conduira avec d’autres motifs (directives européennes notamment) à la réforme de 1997 qui verra la création de RFF, lequel devient alors le maître d’ouvrage de toute nouvelle ligne intérieure (la SNCF n’étant impliquée que dans les prévisions de trafic et de dessertes).

Une campagne d’essais est menée avec deux rames de présérie, appelées en interne Patrick et Sophie (initiales de PSE : Paris Sud Est), livrées en 1978. La première commande fut livrée à partir du 25 avril 1980. Le service TGV ouvrit au public entre Paris et Lyon le 27 septembre 1981. La France entre ainsi dans l'Histoire ferroviaire à grande vitesse 17 ans après le Japon avec son Shinkansen en service depuis 1964. Entre septembre 1981 et septembre 1983, seule la partie Sud de la LGV Sud-Est (entre Saint-Florentin et Sathonay) est utilisée pour la grande vitesse. La partie Nord du trajet s’effectue encore sur les anciennes voies PLM. C’est seulement à partir du service d’hiver 1983 que la LGV est ouverte en intégralité entre Lieusaint et Sathonay.

Le temps de parcours considérablement réduit par rapport à la situation antérieure (grâce aussi au tracé plus direct de la ligne, qui ramenait la distance entre les deux villes de 512 à 426 kilomètres) permit au rail d’acquérir de nouvelles parts de marchéau détriment de l’automobile et surtout de l’avion.

L’innovation était non seulement technique, mais aussi commerciale : la réservation obligatoire assura un coefficient de remplissage très élevé en contre pointe, contrairement à une tarification calendaire qui ne pouvait discriminer le sens de circulation.

C’est Jacques Cooper qui a dessiné les prototypes, la livrée et les matériels de série du TGV Sud-Est. Il est également à l’origine de la silhouette du TGV Atlantique, dont le design (principalement intérieur) sera finalisé par Roger Tallon. Ce dernier a ensuite dessiné le Duplex entre 1988 et 1998.

Le 24 septembre 2011, la SNCF dévoile à la gare de Lyon la nouvelle livrée du TGV. Il arbore désormais les couleurs violettes et grises, rappelant les uniformes du personnel dessinés par Christian Lacroix. Tous les TGV seront restaurés dans cette nouvelle livrée parallèlement à l’acquisition de nouvelles rames.

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