Locomotives CC 7001 et 02 prototypes des CC 7100

Image d’illustration : photo CC 7001 appartenant à Jean-Louis Tosque et publiée avec son aimable autorisation

Sources : Revue générale des chemins de fer Juin 1949, Juillet 1949, septembre 1949, Retronews site https://www.retronews.fr/, Loco revue 622 février 1999

Les CC 7001 et 7002 prototypes des CC 7100

A la fin des années 40, la SNCF disposait d’un parc de 780 locomotives 1500 volts. La quasi totalité de ces engins (93%) était du type BB (611) ou 2D2 (118). D’autre part, les projets en cours pour l’électrification de l’artère Paris-Lyon faisaient à nouveau appel à ces mêmes types.

Cette partition en deux grandes catégories correspondait à la nature du trafic assuré : marchandises et mixtes pour les BB ; voyageurs rapides et express pour les 2D2. Il existait aussi des machines dont le type ne découlait pas directement de la nature du trafic mais de la spécificité de la ligne pour laquelle elles avaient été conçues ce qui, dans ce cas là, rendait les machines captives. Les 1CC1 ou les 2CC2 de la ligne de Maurienne en sont un exemple.

Concernant les locomotives BB, on pouvait distinguer deux catégories dont l’une a fini par s’imposer compte tenu des avantages qu’elle procurait. Il s’agissait des engins à bogies attelés supportant les organes de choc et de traction, la caisse ayant une fonction d’abri pour les appareillages électriques et pour l’équipe de conduite. La catégorie des bogies libres ne s’étant pas montrée à son avantage, elle s’était effacée au profit de la technique dont le Midi avait montré la voie à l’exception notable des BB 8100 précédemment décrite dans https://cheminot-transport.com/2022/06/locomotive-bb-0401-future-8001-prototype-des-8100.html dont la deuxième tranche (BB8237 à 8271) abandonnera ce montage des bogies attelés.

Les locomotives BB avaient connu des progrès sensibles en termes de puissance passant de 920 ch en 1923 à 1240 puis 1580 ch avant la sortie des BB Paris Le Mans et surtout des BB dites Brive Montauban qui développaient une puissance double de celle d’origine avec 1840 chevaux. Le pas franchi fut encore plus important avec les BB 8100 qui atteignaient 2400 chevaux. On peut visualiser cette évolution en montrant le graphique du ratio poids/cheval qui était passé de 80 à 30 kilos en 1948.

 Cependant cette puissance était, du moins au début, disponible dans une plage de vitesse relativement basse mais s’effondrait dès lors que la vitesse s’élevait ce qui était notamment le cas lorsque les BB étaient placées en tête des trains de voyageurs. Là encore, il avait fallu attendre la série des BB 8100 pour voir le domaine d’utilisation des locomotives BB s’élargir dans une plage beaucoup plus grande.

Les dernières locomotives BB marquaient un progrès considérables par rapport aux séries précédentes mais restaient limitées à une vitesse de l’ordre de 105 km/h d’où le type des 2D2 qui prenaient la relève au-delà.

Les 2D2 étaient considérées comme des locomotives à grande vitesse car elles étaient établies pour des vitesses de 120, 130 et même 140km/h.

Lorsqu’en 1923, le PO décida de remorquer ses trains rapides lourds par des machines capables de réaliser des grandes vitesses, il avait dû composer avec la contrainte principale dont il devait tenir compte à savoir la limite de 18 tonnes par essieu. En effet, il ne semblait pas possible, à l’époque, de pouvoir obtenir la puissance nécessaire sur une machine dont le poids ne pouvait dépasser les 72 tonnes d’une locomotive à 4 essieux. Le besoin évident de machines réversibles, pour la facilité d’exploitation, imposait de choisir un engin avec une disposition d’essieu symétrique donc de type 2D2 ou 2CC2. C’est ce qu’avait fait le PO en testant 6 engins comme nous l’avons déjà vu dans des articles précédents dont les deux atypique machines Ganz E401 et E402 à transmissions par jeu de bielles (hyperstatique ou isostatique). Ci-dessous l’E 402 « désossée» que l’on peut reconnaître avec son système de bielles isostatiques alors que l’E401 avait un jeu de bielles hyperstatiques (voir https://cheminot-transport.com/2021/11/locomotives-2d2-e-401-et-e402.html ) Admirez cette usine à gaz qui dégage néanmoins un certain charme !

Si leurs bielles ont été, au début, à l’origine de leurs succès en raison de la plus forte adhérence qu’elles procuraient, elles ont été aussi la cause de leurs retraits prématurées compte tenu d’une fiabilité insuffisante et d’une inadéquation au régime intensif auxquelles elles étaient soumises.

On sait que ce sont les 2D2 500, construites par la Compagnie Electro Mécanique,  renumérotées 5500 qui ont été sélectionné à l’issue des tests et qui seront les plus célèbres des engins de ce type. Grâce d’une part, aux moteurs suspendus par fusées intérieures et d’autre part, à la transmission Büchli, ces locomotives à moteurs largement dimensionnés se sont montrées d’une fiabilité exemplaire eu égard à l’entretien limité dont elles avaient besoin. La dernière 2D2 mise en service sur Paris Lyon (série 9100) s’appuyait sur la base des 5500 tout en bénéficiant des dernières avancées technologiques.

Comme nous l’avons vu un peu plus haut le type 2D2 trouvait sa justification dans l’impossibilité de faire passer plus de puissance dans la contrainte des 18 tonnes par essieux, contrainte levée petit à petit par l’augmentation de la charge par essieu ainsi que par les progrès réalisés dans la motorisation électrique sous l’angle de la puissance massique. Dans ce contexte, le règne sans partage de la 2D2 depuis plusieurs décennies dans le domaine de la grande vitesse se trouvait sérieusement contesté par les nouveaux prototypes à adhérence totale de type BB et CC que la SNCF expérimentait.

CC 7001 et 7002

Lorsque les premières locomotives CC ont été étudiées, il était couramment admis que pour une puissance égale à une 2D2, la CC était beaucoup plus lourde ce qui réservait son utilisation aux lignes à fortes rampes. D’autre part, des interrogations  se posaient sur la stabilité de ces engins à  3 essieux circulant à grande vitesse.

Après plusieurs années de recherches conduisant à d’importants progrès technologiques, ce qui était considéré comme des défauts rédhibitoires devenaient des atouts au point d’éclipser la suprématie des 2D2.

Des gains sensibles en termes de poids furent obtenus par le recours à la soudure électrique et par l’allègement des moteurs de traction. Quant à la stabilité, elle connut des avancées importantes grâce aux études et aux expérimentations réalisées.

Concrètement, par rapport à une 2D2 de 132 tonnes, il était possible de gagner une trentaine de tonnes sur les nouveaux prototypes CC (20 tonnes sur la partie mécaniques et 10 tonnes sur l’appareillage électrique y compris les moteurs.).

Quant à la stabilité, elle était assurée par des liaisons transversales élastiques entre les bogies et la caisse, par une rigidité transversale accrue des châssis de bogies et par un empattement allongé des bogies moteurs. D’autre part, les mouvements de lacet se trouvaient contrés par le couple de rappel produit par les rappels des deux pivots oscillants des bogies.

La liaison des boîtes d’essieux au châssis des bogies était réalisée au moyen de biellettes articulées sur silentblocs comme sur les 8100 qui les avaient précédées et qui ont été décrites dans https://cheminot-transport.com/2022/06/locomotive-bb-0401-future-8001-prototype-des-8100.html . Ce montage supprimait les chocs entre les boîtes et le châssis et participait à une meilleure stabilité.

Ces différentes mesures destinées à améliorer la stabilité ont été testées avant même que les différents appareillages électriques soient montées. Pour cela, des lests avaient été posées aux endroits des pièces manquantes afin d’avoir une représentation fidèle de la machine dans sa configuration définitive. Les essais ont d’abord été effectués entre Brétigny et Etampes sur les voies extérieures (banlieue) à 120 km/h afin de vérifier la stabilité sur des voies qualifiées de « médiocres ». Je suis un peu surpris de ce qualificatif car, outre les trains de banlieue, des trains lourds de marchandises empruntaient aussi ces voies et pas seulement les voies centrales qui certes étaient de meilleures qualités puisqu’empruntées en vitesse par les trains les plus rapides.

D’autres essais ont été menés entre 140 et 160km/h sur d’autres plateformes plus adaptées aux grandes vitesses.

Que ce soit à 120 sur les voies de banlieue ou à 160 sur les voies des trains rapides, les 10 000 kilomètres d’essais avaient permis d’affiner les réglages des rappels et de procéder aux correctifs nécessaires afin d’obtenir la stabilité voulue. La performance la plus notable avait été réalisée lors du franchissement de courbes de 800 mètres de rayon à 160 km/h alors que l’insuffisance de dévers n’était pas adaptée à cette vitesse.

 L’enthousiasme des ingénieurs d’essais à l’issue de cette campagne les amenait même à dire que « le seuil du domaine des grandes vitesses n’est donc plus fixé par la locomotive mais par d’autres facteurs : distances entre signaux, confort des voyageurs, tenue du matériel remorqué »

Partie électrique

Les 6 moteurs à 6 pôles TA 621 pouvaient être couplés de la façon suivante :

- les 6 moteurs en série,

- 3 moteurs en série sur deux branches en parallèle,

- 2 moteurs en série sur 3 branches en parallèle.

Ce montage procurait 40 crans de démarrage dont 18 en série, 12 en série parallèle et 10 en parallèle.

Compte tenu que le rapport effort de pointe/effort de reprise ne doit pas dépasser 1,18 sous peine que l’effet de choc au passage des crans ait un effet défavorable sur l’adhérence, ce rapport, sur la CC7001, restait limité à 1,15 soit dans des normes tout à fait acceptables.

Avec un poids unitaire de 3600 kilos, le moteur TA 621 développait environ 720 ch à la jante. Bien que la vitesse théorique maximum permise par le moteur soit de 175km/h, les TA 621 avaient été prévus pour aller au-delà de 200km/h sans changer les réductions d’engrenages.

Concernant la transmission, les moteurs entièrement suspendus entrainaient les essieux (roues de 1250mm) par l’intermédiaire d’engrenages élastiques et d’un arbre creux.

Enfin, pour l’autre partie de l’appareillage électrique, les solutions retenues pour l’équipement de la locomotive faisaient appel à du matériel classique éprouvé tout en le portant aux derniers standards des évolutions technologiques.

Caractéristiques générales

Les autres caractéristiques apparaissent sur le schéma ci-dessous.

Les vitesses réalisables en remorquant différents types de trains en régime continu sont reprises ci-dessous :

- 160km/h pour un train rapide en palier,

- 122km/h pour ce même train en rampe de 8mm/mètre,

- 141 km/h pour un rapide lourd d’un tonnage de 850 t.,

- 111 km/h pour ce même train de 850t sur une rampe de 5mm/mètre,

- 47 km/h pour un train de marchandises de 1200 t sur rampe de 8mm/mètre

- entre 50 et 60 km/h pour un train de marchandises de 1300 t sur une rampe de 5mm/mètre.

Essais

Les essais de réception de la CC 7001 ont eu lieu dans la deuxième quinzaine du mois de mai 1949. Les essais de stabilité, dont j’ai parlé plus haut, réalisés sur la caisse lestée et remorquée par une 2D2 avaient permis de dégrossir les réglages et donc de réduire sensiblement la campagne d’essais après livraison du matériel définitif par Alsthom.

Outre la stabilité, les performances de traction avaient été testées principalement sur la région Sud-Ouest.

Parmi les résultats les plus notables, on peut citer :

- la remorque des trains rapides, avec respect des horaires habituels, dont le tonnage avait atteint les 1000 t sur Paris Poitiers (Sud Express) et 948 t sur Paris Toulouse. Sur cette dernière relation et avec ce tonnage, le démarrage en rampe de 10mm/mètre  était obtenu sans amorce de patinage.

- toujours sur les trains rapides, mais avec des compositions allégées à 5 voitures, le parcours Paris Bordeaux avait été effectué en 4h26’ soit à une moyenne de 130,6km/h. Sur Les Aubrais Saint-Pierre, la vitesse moyenne avait été de 145,2km/h et même 147,1km/h sur Les Aubrais Blois.

- sur le parcours Valenton Les Aubrais, la charge remorquée en trains de marchandises avait été fixée à 1200 tonnes avec des démarrages en rampes de 8mm/mètre réalisés sans patinage.

Les essais concluaient que, pour la première fois de son histoire, la SNCF disposait d’un engin couvrant la totalité de ses besoins de traction.

Carrière

Avec son esthétique raffinée que l’on doit à Paul Arzens, d’aucuns les considèrent comme les plus réussies des locomotives d’après guerre.

Avec la CC 7002, les deux prototypes auront une longévité exceptionnelle puisqu’elles tutoieront les 10 millions de km.

Découlant de ces deux machines, les CC 7100 seront à la hauteur de ces dernières en s’illustrant dans la course à la vitesse. Dès 1954 la CC 7121 (photo qui suit)  atteignait 241 km/h sans modifications majeures.

En mars 1955 la CC 7107 entrait dans l’histoire conjointement avec la BB 9004 en établissant le record du monde de vitesse à 331 km/h (elle aurait atteint 330km/h voir l'article sur le record du monde de 1955 dans la catégorie "chemins de fer d'autrefois").

Produites en deux tranches dans la numérotation 7101 à 7243 et 7144 à 7158, elles connaitront encore plus de succès à l’exportation puisqu’elles seront produites à hauteur de 340 exemplaires.

C’est sur le Sud-Ouest et sur le Sud-est que l’on croisera ces machines emblématiques notamment sur Paris Toulouse et Paris Bordeaux mais aussi sur la transversale Irun Toulouse Béziers. Plus tard elles seront autorisées à rouler sur la région Méditerranée et poursuivront jusqu’à Marseille et Cerbère. Ici à Toulouse en 1971.

Particularité importante, pour circuler sur la ligne de Maurienne avant la suppression du 3 ième rail, un lot de cc 7100 sera équipé de frotteurs en 1958. Leurs grandes longueurs les rendaient bien adaptées pour franchir la coupure du 3^ième rail au franchissement des PN.

C’est à l’aube des années 2000 que les derniers exemplaires ont été radiés. Heureusement on peut encore les admirer dans différents musées dont bien sûr à la cité du train de Mulhouse.