La Z 23500 (également nommée TER 2N PG pour « Deux niveaux » et « première génération ») est une automotrice électrique à deux niveaux conçue pour le service TER. Mises en service de 1998 à 2000, ces rames dérivent directement des Z 20500 du réseau Transilien, plus précisément une demi-rame, puisque composées d'une motrice et d'une remorque. Elles possèdent le même bruit moteur que les Z 20900 du fait qu'elles partagent la même chaîne de traction OnIX.
Commandées à quatre-vingts exemplaires par trois régions françaises (Hauts-de-France, Rhône-Alpes et Provence-Alpes-Côte d'Azur) pour leurs lignes les plus chargées, elles constituent le premier matériel automoteur à deux niveaux destiné au réseau TER et sont particulièrement adaptées aux services intervilles chargés ou périurbains denses. Le rapide succès de la série auprès des voyageurs et sa relative fiabilité entraînent dès 2003 la mise au point d'un matériel successeur à plus grande échelle, le TER 2N NG.
Historique Trafic TER en hausse constante Les premières conventions TER signées au milieu des années 1980 entre la SNCF et les régions, nouvelles autorités organisatrices, connaissent un succès certain et amènent à des hausses de fréquentations des lignes, en particulier autour des grandes agglomérations. Certaines relations sont particulièrement chargées, mais le matériel, vieillissant et de faible capacité, ne correspond plus aux besoins. La mise en service des rames réversibles régionales (RRR), ainsi que des automotrices Z 2, permet de renouveler le parc, mais à peine dix ans après leur mise en service, les rames ne parviennent plus à faire face à la demande sur plusieurs liaisons périurbaines, en particulier autour des trois grandes métropoles de Lille, Lyon et Marseille« La genèse du matériel régional à deux niveaux » dans Ferrovissime , 2.
vignette|gauche|Livrée ZOU en gare de Toulon. L'ajout de segments de rames - et par conséquent l'allongement des quais - constitue un investissement très élevé et la formule à deux niveaux, de plus grande capacité, est alors envisagée par la région Nord-Pas-de-Calais. Dès le milieu des années 1980, celle-ci commande 51 voitures régionales à deux niveaux (VR 2N) attelées à des BB 16500 pour ses liaisons les plus chargées, voitures identiques aux voitures de banlieue à deux niveaux (VB 2N) circulant en Île-de-France. Par ailleurs, dès le début des années 1980, des voitures omnibus à deux niveaux, version plus confortable des VB 2N, permettent de faire face à la forte hausse du trafic de grande couronne parisienne dans plusieurs régions limitrophes de l'Île-de-France. Les voitures à deux niveaux (V 2N), version modernisée des VO 2N apte à la vitesse de 160 km/h en réversibilité, est mise en service au début des années 1990 et complète le parc de matériel de grande couronne. Enfin, la SNCF décline la formule à deux niveaux pour ses nouvelles rames TGV Duplex livrées à partir de 1995 ; il semble alors évident d'adapter plus largement ce concept au nouveau matériel TER« La genèse du matériel régional à deux niveaux » dans Ferrovissime , 3.
Toutefois, à la même période, seule la banlieue parisienne voit circuler depuis une décennie du matériel automoteur à deux niveaux (), plus performant que les rames tractées en réversibilité, et dont le développement de nouvelles séries est constant pour faire face à la hausse quasi-continuelle du trafic de banlieue. La région Nord-Pas-de-Calais fait une nouvelle fois office de précurseur en commandant une petite série de six éléments Z 20500 à quatre caisses, livrés en 1996 et dénommés Z 92050. Ces derniers sont destinés aux dessertes les plus chargées de la région lilloise et viennent épauler les rames de VR 2N. Mais cet exemple n'est pas transposable ailleurs en France, la capacité de ces éléments avant tout conçus pour l'intense trafic de la banlieue parisienne étant excédentaire aux besoins.
Premier matériel automoteur TER à deux niveaux Les régions Nord-Pas-de-Calais, Rhône-Alpes et Provence-Alpes-Côte d'Azur s'intéressent aux circulant en Île-de-France, pour leur importante capacité répondant aux besoins des lignes les plus chargées, mais elles souhaitent une version déclinée plus confortable et mieux adaptée aux besoins des liaisons TER périurbaines. Les Z 23500 sont ainsi le fruit d'une étroite collaboration entre la SNCF, les constructeurs, et ces trois régions françaises. Elles constituent la deuxième série d'engins construits à la suite d'une collaboration directe avec les régions, après les X 72500. Un contrat est sollicité auprès de la SNCF et un appel d'offres est alors lancéLaurent Charlier, « TER 2N : cinq ans déjà... » dans Rail passion , janvier 2003, 92.
Les constructeurs GEC Alsthom Transport et ANF Industrie y répondent, d'abord séparément, puis avec une proposition commune : le , cinquante-huit éléments sont commandés par les trois régions. L'acquisition est financée à 70 % par les régions, et à 30 % par la SNCF. Des avenants au contrat portent ce nombre à 60, 76 et enfin 80 éléments le . La région Nord-Pas-de-Calais dispose de 34 éléments, PACA de 30 et Rhône-Alpes de 16. vignette|La Z23549 en UM avec la Z26585-586 de la région PACA arrivant en gare de Nice-Saint-Augustin. À l'origine, le projet prévoit une livrée à base de blanc, avec une bande gris clair à hauteur des plates-formes d'accès, une face frontale bleue et des bandeaux bleus verticaux à hauteur des portes. Mais une livrée TER unifiée est déterminée entre-temps, et les rames adoptent tout naturellement cette livrée à base de gris clair et de bleu, comportant le filigrane « TER ». Les régions s'impliquent particulièrement sur le design et l'aménagement intérieur, en collaboration avec le cabinet MBDLaurent Charlier, « TER 2N : cinq ans déjà... » dans Rail passion , janvier 2003, 94.
Conception et essais vignette|Un Z 23500 du TER Nord-Pas-de-Calais entre en gare d'Aulnoye-Aymeries.
Le projet initial comporte une chaîne de traction triphasée asynchrone fondée sur les composants GTO (gate turn off thyristor). En , GEC Alsthom propose une solution reposant sur une chaîne de traction de nouvelle génération, à base de composants de type IGBT (insulated gate bipolar transistor), jusqu'alors exploitée sur des matériels de type tramway, avec des tensions plus réduites. Afin de ne pas transformer le nouveau matériel en série expérimentale, un prototype est constitué à partir des Z 20887/888, l'élément (automotrice à deux niveaux à chaîne Onix) : il circule de l'automne 1996 à l'hiver 1997. D'autres adaptations sont mises en œuvre : l'ajout du freinage rhéostatique, alors que les Z 20500 ne sont dotés que du frein par récupération. En février, les constructeurs proposent en outre d'adopter des portes à commande électrique, ce qui constitue une première sur un matériel SNCF, tous les autres étant équipés d'un type pneumatique : ce système est testé avec succès sur l'élément Z 20867/868. Tout comme les Z 20900, elles descendent des Z 20500 et possèdent ainsi la chaîne de traction Onix. Elles sont aussi cousine avec les CP série 3500 portugaise, partageant également la même chaîne de traction avec des moteurs dérivés. La face avant rappelle celles des MI 2N Altéo et Z 22500 (autres réalisations du cabinet MBD).
Trois rames de présérie sortent des chaînes durant l'automne 1997. Les Z 23501, 502 et 503 entament alors une campagne d'essais poussée, afin de respecter le souhait de la région PACA de voir les premiers éléments mis en service dès comme vitrine électorale avant les élections régionales de mars 1998« TER 2 N : une campagne d’essais tambour battant », dans Rail Passion, , janvier 1998, 11. La première est équipée pour vérifier la chaîne de traction, la seconde pour le freinage et les anti-enrayeurs, et la troisième pour les équipements destinés aux voyageurs, comme la climatisation. Le premier élément de la série, la Z 23505, sort d'usine le et entre en service commercial le suivant ; la livraison de la série s'achève avec la Z 23580, sortie d'usine le et entrée en service dès le lendemain. La Z 23501 est remise au type et entre en service commercial le , la Z 23502 le de la même année et la Z 23503 le .
Déploiement et les premiers incidents La première rame du dépôt de Marseille est inaugurée à partir du avec des marches spéciales, puis engagée en alternance sur les relations de Marseille à Toulon ou à Avignon. À partir du service d'été, les rames réceptionnées sont engagées à égalité sur les parcours de Marseille à Toulon, Hyères ou Les Arcs, et sur la relation des Arcs à Nice et Vintimille. Cette disposition permet d'effectuer les échanges de matériels aux Arcs, afin d'assurer le retour des rames vers leur dépôt d'attache. Puis à partir de l'hiver 1998/1999, des parcours de Marseille à Avignon sont mis en œuvre, avec une composition bi-tranche, dont un élément passe par Arles, l'autre par CavaillonLaurent Charlier, « TER 2N : cinq ans déjà... » dans Rail passion , janvier 2003, 96. À partir de l'hiver 2001/2002, les rames atteignent NîmesLaurent Charlier, « TER 2N : cinq ans déjà... » dans Rail passion , janvier 2003, 98.
Le dépôt de Vénissieux réceptionne ses premiers éléments en . Le , les deux premiers éléments sont engagés sur la relation de Lyon à Saint-Étienne. À partir de l'hiver 1999, les TER 2N circulent entre Lyon et Givors, Ambérieu et Saint-André-le-Gaz. Enfin à partir de l'été 2000, des courses vers Valence au sud, ou Villefranche-sur-Saône et Mâcon, au nord, apparaissent. Les week-ends, les rames relient Lyon à Évian et Saint-Gervais-le-Fayet via Annemasse. vignette|Deux Z 23500 accouplés Les rames du dépôt de Lille sont engagées à partir de l'hiver 1998 pour un service cadencé sur l'axe régional le plus fréquenté, de Lille à Valenciennes, Aulnoye, Hirson ou Jeumont. À partir de fin 1999, les TER 2N atteignent Charleville-Mézières. Enfin à partir d', le matériel dessert diverses lignes régionales, en particulier vers le littoral, puis vers Cambrai à partir de l'hiver 2000. Elles circulent depuis sur l'ensemble des lignes électrifiées du réseau TER Nord-Pas-de-Calais.
Durant l'été 1998, les premiers défauts de jeunesse apparaissent, en partie dus à la brièveté de la campagne d'essais. Le nombre d'incidents s'accroît fortement, avec divers problèmes liés aux IGBT de la chaîne de traction, l'informatique de bord, aux convertisseurs statiques (CVS), aux garnitures de frein, à la climatisation, aux portes, auxquels répondent les constructeurs. En 2000, apparaissent des soucis de blocages de moteurs, d'abord à Marseille puis à Vénissieux, causés par un roulement du rotor. Les différents éléments sont progressivement traités de fin 2001 au printemps 2003, profitant de leur retour en usine pour régler les divers autres problèmes rencontrés. Enfin, au printemps 2001, de nombreux cas de fissuration de la vitre frontale apparaissent : ils entraînent un taux de remplacement élevé, et des immobilisations problématiques pour l'exploitation, en raison des délais de livraison des vitres de remplacement et du système de pare-brise collé, dont le temps de séchage est important.
Le succès de la série auprès des voyageurs et sa relative fiabilité, malgré ses quelques défauts de jeunesse et ses relatives faiblesses du point de vue du confort« La genèse du matériel régional à deux niveaux » dans Ferrovissime , 4, entraînent rapidement la mise au point d'un matériel successeur de nouvelle conception dès 2003, le TER 2N NG.
Aménagement Espaces voyageurs Les espaces voyageurs disposent de la climatisation, ce qui entraîne l'absence de fenêtres ouvrantes et une forme galbée des vitrages. Remorque et motrice se distinguent extérieurement par leur nombre de groupes de fenêtres, respectivement sept et quatre, et par la présence d'un compartiment technique entre la cabine de conduite et la plateforme extrême sur la motrice.