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58)Dans les coulisses d’un exploit… TGV 100 du banc d’essai au flash du record (2de partie) Bravo et Merci (cet article a été publié dans La Vie du Rail il y a 38 ans)

->Lire la 1ère partie.

Dans le domaine ferroviaire comme dans les autres, techniques et humains, un record n’est plus aujourd’hui la simple résultante des qualités intrinsèques d’une mécanique ou d’un athlète poussé jusqu’à l’extrême limite de ses possibilités.

Il est le fruit d’une longue préparation : observation, réflexion, analyse, calculs, essais, mises au point, prenant en compte une quantité considérable de paramètres scientifiques et quelques éléments empiriques. Et sans doute plus encore que d’autres, moins étendus dans leurs implications et plus progressifs dans leurs bonds en avant, ce record ferroviaire de 1981 est le couronnement d’un énorme travail réalisé depuis plus d’une dizaine d’années par plusieurs milliers de personnes. Nous disons bien couronnement, et non réalisation d’objectif car avec le TGS on ne visait pas le 380 km/h ! À l’heure de la concrétisation, quelques ingénieurs plus particulièrement responsables, ont pour mission – et même pour devoir d’information – de s’exprimer au nom de tous, acteurs du moment ou prédécesseurs dans la mise en oeuvre. Pour ce résumé – raccourci injuste, mais comment faire autrement ? – ils ont bien voulu faciliter notre travail sous forme d’interview, qui garantit la qualité technique de l’information dans un vaste domaine, pluridisciplinaire. Non sans souligner très expressément qu’ils n’étaient que des animateurs parmi d’autres acteurs, présents, proches, éloignés… Pendant cette journée historique dont le retentissement a été grand, ils étaient sans aucun doute quelques milliers à pouvoir penser ou prétendre avoir participé à la réalisation du record. Pour les connaître, ou les reconnaître, il suffira tout simplement de remonter dans le temps, en s’arrêtant sur quelques centaines de pages de « La Vie du Rail » où leur rôle a été, pensons-nous, aussi complètement que possible, mis en valeur.

Qu’ils trouvent ici les félicitations de notre rédaction – un très grand bravo au nom du million de lecteurs du monde entier qui nous font confiance – et nos remerciements pour l’accueil qu’ils nous ont toujours réservé, sans réticence, depuis le TGS où nous roulions à 230 km/h avec eux en juin 1967 jusqu’à ce 26 février, en passant par les nombreuses tournées communes sur la ligne nouvelle.

Par rapport à 1955, aventure certes exaltante et édifiante, mais tout de même un peu téméraire, si nous en jugeons par l’état de la voie et de certains matériels après le record, l’opération TGV 100 est apparue à beaucoup comme parfaitement maîtrisée techniquement. Cette sérénité dans la réussite prouve d’ailleurs que la confiance était grande ; et cela implique sans doute que la préparation – dont nous avions eu d’ailleurs quelques échos – fut longue et sérieuse. Pouvez-vous nous indiquer comment elle fut conduite, du point de vue du matériel ?

Nous avons, en effet, longuement préparé cette tentative, avec une rame TGV, qu’on peut qualifier « de la dernière génération ».

L’année dernière, à peu près à cette époque, nous avons déterminé ainsi les conditions d’une performance supérieure :

– sans grande transformation d’un TGV, nous pouvions viser le 350 km/h ;

– en surchargeant légèrement les éléments mécaniques, nous pouvions même aller au-delà. La « magie des chiffres ronds » a joué : le 100 m/seconde, soit 360 km/h serait notre objectif.

L’opération ayant été décidée le 15 février 1980, nous avons mis en oeuvre les mesures prévues dans le cadre de la légère surcharge mécanique, mentionnée ci-dessus, à savoir :

– allègement de la rame à 302 t, par retrait de trois remorques intermédiaires ;

– modification des rapports d’engrenage de façon à donner la même vitesse de rotation aux moteurs de traction et aux tripodes, éléments mécaniques de transmission à coulissement.

Cette modification portait sur deux éléments :

– d’une part, les rapports de ponts moteurs sur essieu ;

– d’autre part sur les roues motrices dont le diamètre avait été porté de 920 à 1 050 m/m.

Elle permettait de conserver en l’état les réducteurs et donc de minimiser à la fois la peine et le coût des transformations qui furent décidées sur des éléments de la rame n° 16 dont la sortie était prévue en octobre 1980.

Vous parlez d’éléments. Est-ce à dire que la rame réservée à cette opération n’est pas une rame homogène de laquelle vous avez retiré trois remorques intermédiaires ? D’autre part, comment avez-vous pu résoudre, pour les remorques d’extrémité, le problème de la différence de hauteur des roues entre le bogie moteur et le bogie porteur sur lesquels elles reposent ?

Cette rame est, en effet, un peu spéciale, puisqu’elle est constituée ainsi :

– motrice 23031, de la rame n° 16 ;

– remorque d’extrémité 123 033, de la rame n° 33, rame de première classe exclusivement qui comporte, comme toutes les rames de première classe, une prise spéciale et fixe, permettant de raccorder un équipement mobile et facilement transportable que nous avons créé pour l’observation de la caténaire ; cette remorque avait été livrée en avance pour tester ce dispositif dont l’utilisation n’est donc pas restreinte à l’opération TGV 100 ;

– remorques intermédiaires numéros 223 016, 423 016 et la 23 016, de la rame n° 16 ;

– remorque d’extrémité 123 001, de l’ex-rame de présérie n° 1 remise au type qui comportait encore des supports pour le groupe diesel alimentant toutes les servitudes liées à notre tentative.

La rame « spéciale 16 » a été constituée en octobre 1980 ; elle a circulé suffisamment en Alsace pour que nous puissions éliminer, avec le concours des représentants de constructeurs, les petites maladies de jeunesse. Les meilleurs ingénieurs de « notre maison » ont été employés à cette préparation, afin d’éviter d’éventuels ennuis mécaniques ou électriques lors des essais.

Quant au problème de différence de hauteur que vous soulignez, il a été résolu par une légère modification du calage de suspensions. La petite incidence en matière d’aérodynamique ne fut pas particulièrement ressentie. Par contre, une autre conséquence, peu visible mais importante, découlait de l’augmentation du diamètre des roues motrices ; celle-ci entraînait obligatoirement la dépose des semelles fonte des blocs de freinage qu’il n’était plus possible de loger. Nous en reparlerons tout à l’heure.

J’ai entendu parler de surtension pour l’alimentation électrique. N’avez-vous pas procédé à des modifications sur certains éléments des engins moteurs ?

Là, il ne s’agit plus de modifications, mais d’adaptations.

Pour le pantographe tout d’abord, élément primordial dans cette opération, nous avons procédé à des tests à 400 km/h en soufflerie à Modane-Arvieux. Ils nous ont permis de définir un réglage aérodynamique des ailerons qui se sont parfaitement comportés et sans aucune correction, il faut le souligner, à 371 km/h le 25, puis à 380 le 26 février.

Autre différence dans ce domaine : les moteurs de traction ont été alimentés à 1 270 V au lieu de 1 070 habituellement.

Pour délivrer cette tension, nous avons utilisé des transformateurs de la rame de présérie définis, ainsi que nous l’avions indiqué au cours d’un entretien précédent, sous 22,5 kV au lieu de 25 kV.

Comment vous êtes-vous assuré de la parfaite intégration et de la fiabilité des éléments nouveaux ou modifiés ?

Pour cette préparation spéciale, comme pendant la mise en oeuvre générale du projet, nous avons toujours observé cet impératif.

Au préalable, nous avions établi, grâce à la machine analogique Amsler utilisée pour l’établissement des marches classiques, des « marches records », prenant en compte le profil de la section et les conditions d’essais. Ensuite, nous avons pu simuler l’opération pendant une quarantaine de marches types TGV 100, en essayant au banc de Vitry tout ce qui pouvait l’être.

Ainsi, nous avons pu constater que les tripodes n’étaient guère plus sollicités qu’en régime 260 normal. Les températures des boîtes d’essieux restaient dans des limites très acceptables, de même que les contraintes imposées aux moteurs de traction alimentés avec 200 V supplémentaires. Nous avons également procédé à des simulations de freinage. Le réglage normal des freins convenait-il ? Pouvions- nous appliquer, en cas d’urgence, les freins à disques dès 360 km/h ? Nous avions en effet décidé de ne pas appliquer au-dessus de 200 km/h les semelles fonte subsistant naturellement sur les roues des bogies porteurs, afin de ne pas risquer de casser. Mais alors se posait une question subsidiaire : au-dessus de 200 km/h, avec quel effort pouvions-nous agir sur les freins à disques ?

Après ces investigations, la commande du frein a été légèrement modifiée de façon :

– d’une part, à ne pas appliquer les semelles au-dessus de 200 km/h ;

– d’autre part, à n’appliquer les disques au-dessus de 200 km/h que sur demande expresse de la conduite ou du chef d’essai, installé dans le laboratoire de la rame. Ainsi, entre 360 km/h et 200 km/h, le seul frein normalement disponible sur la rame était le frein rhéostatique, qui n’exerce aucun effet destructeur.

Quelle était, en situation de freinage ainsi définie, la distance d’arrêt à partir de 360 km/h ?

De l’ordre de 10 km. Vous vous souvenez sans doute que, par la faute d’un apprenti photographe présent dans les emprises lors de la deuxième marche du 26 février, a été donné l’ordre de freiner en appliquant le frein à disques, alors que nous roulions à 334 km/h.

À propos de cet incident, comment l’imprudent a-t-il été détecté ? À une telle distance et à une telle vitesse, le conducteur ne pouvait pas le voir…

C’est vrai. Mais l’ordre de freinage a été motivé par une information reçue par radio de notre système de surveillance au sol.

Cette évocation anecdotique facilite mon enchaînement de questions. Au sol, précisément, comment avait été préparée l’opération, et tout d’abord pourquoi avez-vous choisi cette section sur le plateau du Tonnerrois ?

Dans les Landes, où l’on peut dire que le TGV 001 avait fort bien ouvert la voie du record, le 1 500 V rendait l’opération pus difficile, malgré l’excellence du tracé et du profil.

Dans la plaine d’Alsace, le tracé est favorable, notamment dans les courbes de Sélestat ; nous ne pouvions guère espérer dépasser 300 km/h.

Sur la ligne nouvelle, deux sections pouvaient se prêter à la tentative : au nord de Sathonay, ou près de Pasilly. Nous avons choisi cette dernière, opérationnelle dès le début de 1981, très précisément entre les PK 192 et 129. Je souligne qu’au plan de la qualité, la voie de la ligne nouvelle à très grande vitesse est nettement meilleure que celle de toute ligne classique.

Pour éviter toute contrainte supplémentaire, il a été décidé que les appareils de voie à raccorder sur la voie 2 – une seule voie nous suffisait – ne le soient pas avant la tentative.

Un problème de qualité de cette voie ne se posait-il pas ?

Il a été parfaitement réglé, mais sur ce point concernant l’infrastructure, je vous invite à interroger les ingénieurs de la direction de la ligne nouvelle et de la direction de l’Équipement ; les équipes de ces deux directions ont en effet joué un rôle essentiel dans la préparation du record.

Pour rester dans un domaine lié à l’engin, par le pantographe, des modifications ont-elles été apportées aux installations de traction électrique ?

Oui. Sur la partie de la section d’essai où nous devions atteindre la vitesse maximale, c’est-à-dire entre les PK 165 et 152, la caténaire a été tendue à 2 000 daN au lieu de 1 500 daN, tension qui a été retenue pour l’ensemble de la ligne nouvelle. Cette augmentation nous était déjà apparue bénéfique lors de nos investigations en Alsace, tant pour le soulèvement de la caténaire que pour les mouvements du pantographe.

Cet effet positif fut vérifié dès nos premières montées en vitesse sur la section tonnerroise. D’autre part, pour bénéficier d’une plus grande marge de sécurité mécanique avec cette tension de 2 000 daN, nous avons fait dérouler un fil de contact de 150 mm² au lieu de 120 mm².

Ainsi, l’augmentation de la section de ce fil a été décidée pour des raisons mécaniques ; l’alimentation ne vous posait donc pas de problème ?

Le monophasé nous facilitait beaucoup les choses. Avec une seule rame en ligne, nous avions la possibilité de porter la tension à 29 ou même 30 kV au départ de la sous-station de Sarry. C’est ce qui a été fait pour disposer des 1 270 V aux bornes du moteur.

Une disposition particulière en ligne est cependant à noter sur ce point : pour éviter une coupure de l’alimentation au franchissement de la section de séparation du poste de sectionnement de Chéron au km 174, nous l’avons shuntée ; et compte tenu des différences de phases entre les sous-stations de Sarry et de Carisey, nous n’avons utilisé que celle de Sarry.

Nous venons d’apprendre comment la rame et les installations avaient été préparées en vue du record. Mais pour qu’il y ait un record, incontestable, il faut des mesures dont la précision soit indiscutable. Dans cette perspective, des lecteurs nous ont écrit en souhaitant, je cite l’un d’eux, « que la SNCF annonce clairement comment le record sera contrôlé ». Ma question est donc : quels dispositifs avez-vous mis en place pour que le record puisse être « homologué » par l’opinion mondiale ?

Nous connaissions bien les critiques formulées à propos du record de 1955 ; la vitesse maximale n’ayant pas été atteinte là où l’on pensait, on s’était fié aux indications de bord.

Nous avons donc pris beaucoup de précautions pour que l’enregistrement à bord soit extrêmement précis. Nous n’avons pas pris en compte le système habituel de mesure sur le deuxième essieu moteur ; en effet, s’il se produit un glissement de la roue, l’espace qu’elle parcourt est supérieur à l’espace physique réalisé sur le terrain.

Nous avons donc utilisé un essieu porteur sur lequel était branché un capteur à dents qui se déroulait devant une bobine ; les signaux ainsi reçus dans la bobine étaient décodés pour donner une mesure de la vitesse. Au cours des marches préliminaires avec la rame n° 16, nous avons pu vérifier que cette mesure était parfaite, notamment en rapprochant l’espace parcouru par la roue en fonction du dispositif de mesure et l’espace mesure sur le terrain. Sur 100 km il y avait concordance, à moins de 10 m près…

Au sol, 31 points de mesure de la vitesse étaient répartis entre les PK 146 et 179 avec concentration tous les 500 ms entre les PK 152 et 162 (à tous les km + 200 et + 700). Ils étaient constitués par deux pédales distantes de 10 m dont la mise en place avait été réalisée par télémétrie.

Ces pédales étaient reliées au poste central de Pasilly où nos collègues de VZL dépouillaient – dans le plus grand secret le premier jour –, le 25 février, les signaux enregistrés.

La marge d’erreur était inférieure au demi-km/h.

Le matin du 26 février, avant la tentative, nous avons vérifié soigneusement la concordance entre les mesures de vitesse au sol et à bord.

Ainsi pouvons-nous affirmer que le 380 km/h, affiché par l’appareillage de bord, a été atteint sur un parcours légèrement inférieur à 500 m, entre les deux points de mesure où des vitesses supérieures à 379 km/h ont été enregistrées.

Bien que l’affichage de la vitesse ait été pris en point de mire par les journalistes, j’imagine que d’autres éléments de mesure vous préoccupaient peut-être davantage et conditionnaient la montée en vitesse ?

Nous avions effectivement à bord un appareillage relativement sophistiqué, à caractère scientifique, permettant notamment la mesure et l’enregistrement des paramètres importants: accélération transversale sur tous les bogies, et efforts exercés sur la voie. À de telles vitesses, ces phénomènes n’avaient pas encore été explorés. Pour faire « bonne mesure », nous avons également enregistré en continu, à bord, les efforts exercés sur la voie par les deux bogies de tête et de queue.

Nous avions également installé sur la toiture de la remorque d’extrémité avant, un système d’observation de la caténaire, des arcs, de comptage des poteaux, et une caméra de télévision pour observer en permanence le pantographe. Un tel dispositif avait déjà été placé sur la rame de présérie n° 1; mais il est désormais beaucoup plus compact (1 m3 environ) et il pourra être installé sur des rames de première classe ainsi que je vous l’ai indiqué tout à l’heure.

Notre information à bord, au moyen de la liaison sol-train de la ligne nouvelle, était d’autre part complétée par des liaisons avec deux postes de mesure :

– du soulèvement de la caténaire (dénommé VZC sur le diagramme) couplée avec un poste météo mesurant la vitesse du vent ; cette dernière pouvait en effet avoir une influence sur le comportement de la caténaire (mais peu pour la résistance à l’avancement) ;

– d’efforts sur la voie (dénommé VR) pour corroborer des mesures d’efforts sur les bogies directeurs dont je viens de parler, dans la courbe de 15 000 m de rayon située presque au point de vitesse maximale (km 154,2). Il était, en effet, très intéressant à la fois pour des raisons scientifiques et de sécurité d’enregistrer les efforts maximaux avec une insuffisance de dévers de l’ordre de 70 à 80 m/m.

Au fil de cet entretien, vous nous apportez la confirmation, s’il en était besoin, qu’une tentative de record n’est plus aujourd’hui une opération conduite en poussant un engin au maximum, avec un facteur chance prépondérant à l’extrême limite, juste avant le point de rupture !

Pouvez-vous nous retracer, en complément de ce qui est relaté par ailleurs au plan des dates, des chiffres et de l’ambiance, les principales phases qui ont marqué votre approche scientifique ?

Les conditions de ce record sont en effet, à mon avis, tout autant significatives que la vitesse maximale atteinte. Sur cette voie neuve, dont les installations de traction électrique avaient été mises sous tension le 23 janvier 1981, nous n’avons circulé que cinq fois.

Après une prise de contact le 3 février, nous avons roulé dès le 4 jusqu’à 314 km/h avec la rame n° 21 tout à fait classique, sortie d’usine quinze jours auparavant ; seule l’électronique de commande avait été légèrement modifiée afin de pouvoir développer les 10 ou 11 000 kW nécessaires pour rouler à 310 km/h.

Nous avons relevé des accélérations transversales de bogies extrêmement faibles : le tiers de ce que nous avions l’habitude d’observer dans les Landes avec le TGV 001. Déjà la voie était presque parfaite ; et il faut souligner ici le rôle joué dans ces résultats par nos collègues de la ligne nouvelle et de l’équipe du centre de Saint-Florentin-Vergigny.

Avant de partir à l’essai, nous nous sommes fixé, avec M. Dupuy, directeur général adjoint, et avec les représentants qualifiés de la direction de l’équipement, les limites à ne pas dépasser pour les paramètres fondamentaux :

– soulèvement de la caténaire au pantographe ;

– efforts horizontaux sur le rail ;

– accélération transversale bogies ;

– accélération transversale caisses ;

– température des boîtes.

Il n’était surtout pas question de nous en remettre à l’inspiration du moment.

Le mercredi 25 février, avec la rame spéciale (n° 16), nous sommes partis tôt le matin.

Le chef d’essai avait devant lui un tableau de ces valeurs limites à ne pas dépasser. Dès lors, la conduite de la progression était simple et même tranquille : tant que nous étions en dessous, nous pouvions continuer…

Avant chaque séance, un passage des voitures spécialisées (observation voie, caténaires et Mauzin) encadrées par la CC 21001 et une BB 22200 (les enregistrements Mauzin doivent parfois être réalisés à une vitesse constante plus facile à obtenir sur ce profil tourmenté avec une machine disposant du système à vitesse imposée) nous confirmait le bon état des superstructures et de la voie.

La suite, vous la narrez par ailleurs.

Le 26 février, à 15 h 41, le 380 km/h était atteint.

Était-ce la limite maximale ?

Au plan de la puissance électrique – légèrement supérieure à 9 000 kW à cette vitesse alors qu’avec la rame 21 nous avions pu en tirer 11 000 –, nous n’étions pas au bout des possibilités.

Les limites mécaniques sont très vraisemblablement supérieures : au retour à Villeneuve, nous avons constaté que rien, absolument rien, n’avait été altéré ; nous avons conservé le même archet de pantographe !

Pour la voie et la caténaire, nos collègues spécialisés pourront vous répondre.

Nous pensons avoir ensemble démontré que l’on pouvait atteindre les 380/400 km/h sans prendre de risques.

Je ne dis pas que l’on attendra 25 ans encore pour effectuer une nouvelle tentative ; mais, pour l’heure, notre préoccupation majeure est la future exploitation quotidienne…

Propos recueillis auprès de: Raymond Garde, André Cossié, Jean-Marie Metzler, Alain Moreau, Claude Moreau, Max Lamotte, Bernard Sauvestre, Paul Avenas, Étienne Chambron, Serge Montagné, Joseph Luppi par Jean Avenas

Cet article est tiré du numéro 1785 de La Vie du Rail paru le 19 mars 1981 dont voici la couverture :