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 eut commencé la construction du Shinkansen en 1959. À l’époque, la SNCF cherchait un moyen de redresser la fréquentation de ses trains, qui baissait inexorablement (en faveur de l’automobile et de l’avion).
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 1ère rame de ce type construite. La seconde ne vit jamais le jour pour cause de budget. Ce prototype atteignit la vitesse de 318 km/h, qui reste à ce jour 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.
À la suite de la crise pétrolière de 1973, le choix fut fait de revenir à la traction électrique, avec acheminement du courant par caténaires et captage par pantographe. Le passage à la traction électrique imposa de reprendre le programme de recherches et d’essais dans nombre de domaines. En mars 1974, le premier ministre Pierre Messmer décida d’engager la construction d’une première ligne entre Paris et Lyon, la LGV Sud-Est (LN1). Suivant une campagne d’essais 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. A noter que le sigle TGV signifiait à l’origine "Turbotrain à Grande Vitesse" dans la dénomination du premier turbotrain expérimental TGV 001. Il s’agissait de marquer une nouvelle étape, en dépassant les 200 km/h pratiqués (parcimonieusement) sur le réseau classique depuis 1967. L’usage courant de ce sigle pour désigner cette rame a fait évoluer naturellement sa signification vers "Train à Grande Vitesse".
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