vignette|Shinkansen au Japon. vignette|SNCF TGV Duplex Tallon. thumb|Un ICE 4 de la DB en Allemagne.
Un train à grande vitesse ou train apte à la grande vitesse (TAGV) est, selon l'Union internationale des chemins de fer. (UIC) : un train roulant à des vitesses supérieures à sur des lignes spécialisées ; un train roulant à environ sur des lignes standards adaptées ; un train pouvant rouler à des vitesses inférieures en raison de conditions particulières de relief, de contraintes topographiques ou en environnement urbain.
En France, dans les projets d'infrastructure ferroviaire, on parle plutôt de TAGV (Trains aptes à la grande vitesse)https://www.sncf-reseau.com/medias-publics/2024-07/atlas_reseau_ferre_sept_2023.pdf dans le but de respecter les règles européennes d'ouverture à la concurrence.
La grande vitesse ferroviaire est née au Japon en 1964 avec le Shinkansen, puis s'est étendue dans plusieurs pays d'Europe et d'Asie. Elle a transformé le transport de voyageurs par trains et donné un nouvel élan à ce mode de transport.
Cet article évoque également, à titre secondaire, les véhicules à sustentation magnétique, qui ne peuvent être définis comme des matériels ferroviaires puisqu'ils ne sont pas guidés par des rails, ne disposent pas de roues, et n'ont pas de contact avec leur infrastructure de guidage.
Histoire vignette|gauche|Shinkansen , le premier train à grande vitesse au monde. vignette|alt=Livrée originelle du TGV Sud-Est en 1987.|TGV Sud-Est dans sa livrée orange originelle. C'est au Japon que les premiers trains à grande vitesse apparurent. Mis au point par la compagnie japonaise (depuis le : ), ils entrèrent en service en 1964 avec l'inauguration de la première ligne à grande vitesse reliant Tokyo à Osaka. L'ensemble est alors baptisé qui littéralement signifie « nouvelle grande ligne ». En 1981, La SNCF inaugure la LGV Sud-Est (LN1) et les premières circulations commerciale de TGV. vignette|Un CR 450. En 2017, après dix ans de développement des lignes à grande vitesse en Chine, China Railway présente sa nouvelle gamme de train à grande vitesse, baptisée Fuxing (CR), de technologie entièrement chinoise, qui vise à remplacer les trains Hexie (CRH), issus de technologies étrangères. Les nouveaux trains Fuxing circulent à la vitesse commerciale de , qui est la plus rapide au monde, devant la France ou le Japon ().
Trains à sustentation magnétique Le Transrapid de Shanghai, ouverte en 2004 est la première ligne Maglev à grande vitesse ouverte, avec une vitesse commerciale de .
vignette|JR-Maglev au Japon. Néanmoins, pendant la même période, un autre concept de train à grande vitesse est étudié. Toujours au Japon, en 1962, alors que les premiers Shinkansen ne sont pas encore en service, le système de sustentation magnétique est étudié. De là est conçu le Maglev, un train qui ne roule pas sur des rails, mais « flotte » à quelques centimètres du sol à l'aide d'électro-aimants. Bien que la traînée de roulement d'une rame de TGV ne représente que ~19 % de sa résistance au mouvement à Les 81 % restant sont perdus en traînée aérodynamique. "Adaptation du TGV aux contraintes environnementales", Olivier BRUN, Département des TGV, , il peut être intéressant de s'en affranchir et de passer à la sustentation magnétique. Ainsi, les Japonais sont-ils les détenteurs des deux records de vitesse pour un train magnétique, avec le JR-Maglev MLX01, qui a atteint les en 2003, vitesse battue le , lorsqu'un Maglev a atteint . L'ouverture d'une ligne commerciale n'est cependant pas prévue avant 2037.
Records de vitesse sur rail La SNCF détient le record de vitesse sur rail, en atteignant le , avec la rame TGV POS 4402.
Celle-ci avait également été la première, en 1955, à dépasser le cap des , avec les BB 9004 et CC 7107
En 1988, la DB fut la première à franchir le cap des .
Les furent dépassés pour la première fois par la SNCF en 1990 avec , avec la rame TGV Atlantique 325.
Cependant en vitesse commerciale le China Railways CR 450 chinois est le plus rapide, avec une vitesse de sur de nombreux tronçons de Chine. Propulsion Énergie Certaines expérimentations ont utilisé des turbines à combustion : ou par exemple. Le JetTrain de Bombardier Transport, avec une vitesse de s'approche de la grande vitesse.
À l'exception des rames (bientôt remplacées) circulant sur la ligne Direttissima Rome-Florence« réélectrification » prévue en alternatif., alimentée par en continu, les trains à grande vitesse utilisent une alimentation en courant alternatif à tension élevée : sur les réseaux où ce système est la norme, avec deux fréquences proches : (pays scandinaves) ou (pays germaniques) ; ou dans une grande partie du monde, - 50 ou au Japon. Seuls ces systèmes permettent les appels de puissance instantanée très élevés nécessaires aux accélérations. En fonction des parcours à effectuer sur les réseaux préexistants certaines rames sont polycourants (cas des TGV Thalys, TGV POS et notamment).
Traction En traction, deux types de répartition de motorisation existent : motorisation répartie (moteurs sur tous les bogies) et la motorisation concentrée (sur les bogies des locomotives uniquement).
Motorisation répartie La motorisation possède la particularité de disposer la motorisation tout au long de la rame. La motorisation répartie permet de se dispenser de la présence de locomotives dédiées à la traction. Les rames sont ainsi composées de motrices et éventuellement de remorques. Cette composition permet de gagner de la place pour les voyageurs au niveau des motrices, l'ensemble des composants techniques étant répartis au long de la rame et non uniquement dans les motrices ce qui permet une optimisation de l'espace.
Quelques exemples de trains à grande vitesse embarquant une motorisation répartie : Shinkansen, Vélaro, AGV.
Motorisation concentrée À l'inverse de la motorisation répartie, la motorisation concentrée place la motorisation aux extrémités des rames. Un train est alors généralement composé de deux motrices comportant tous les équipements techniques encadrant les remorques pour passagers. Les motrices sont alors occupées par tous les équipements techniques (transformateurs, CVS, onduleur etc.) et non par les voyageurs. Cette disposition présente différents avantages comme le mariage de nouvelles motrices avec des remorques commandées auparavant afin de s'adapter aux contraintes d'une desserte internationale et de renforcer les dessertes intérieures (Cas des rames TGV POS. Quelques exemples de trains à grande vitesse à motorisation concentrée : les premiers ICE (ICE 1 et 2), toutes les séries de TGV ainsi que leurs déclinaisons.
Les ICE étaient auparavant à motorisation concentrée : , rames longues à deux motrices d'extrémité et ICE2 rames courtes à une seule motrice et couplables par deux. En France, les TGV et leurs dérivés, Thalys, Eurostar, AVE, KTX, Acela, mis au point par Alstom en coopération avec la SNCF, utilisent des rames formées de deux motrices à deux bogies encadrant un tronçon articulé, composé de remorques dont les bogies intermédiaires sont communs à deux caisses adjacentes. Les deux bogies extrêmes du tronçon articulé peuvent être motorisés (TGV Sud-Est, TGV TMST, KTX-I).
Sécurité Le TGV construit par Alstom n'utilise pas la technologie du bogie Jacobs car le boggie intermédiaire du TGV ne comporte que deux appuis, sur lesquels repose une caisse. Le KTX-II de Hyundai Rotem utilise la technologie du bogie Jacobs (bogie commun entre deux caisses avec quatre appuis-caisse permettant à deux caisses adjacentes d'être supportées par un seul boggie. Cela permet de réduire l'espace entre deux voitures et apporte une rigidité suffisante, à l'ensemble de la rame, en cas de déraillement, et ainsi éviter que le train ne se couche ou se mette en accordéonVoir : Des innovations majeures au service de la sécurité, sncf.com, 23 mars 1972, consulté le 25 février 2023. et ne fasse de nombreuses victimes. Ainsi, la sécurité des voyageurs n'est pas dépendante de l'infrastructure ferroviaire contrairement à l'ICE de Siemens ou du Frecciarossa de Bombardier qui ne disposent pas de cette technologie.
Signalisation
Impacts environnementaux L'impact environnemental des trains grande vitesse est utilisé à la fois comme argument marketing par les exploitants, par exemple le programme Voyage Vert de la société Eurostar., et comme argument contre les projets de ligne grande vitesse.
Bruits et vibrations Le bruit est la principale nuisance pour les riverainsSur les bruits ferroviaires Claude Julien FNAUT-PACA 2004..
Il est mesuré en Laeq (France) ou LDEN (Europe).
On observe moins de plaintes venant des riverains de LGV que des riverains d'autoroute, observations confortées par des études qui ont montré que le bruit ferroviaire était mieux toléré que le bruit routier (différentiel de à sensation nuisance égale)Liaison ferroviaire transalpine à grande vitesse. Études préliminaires de la section Lyon-Montmélian 1992..
Bruits de roulement Les bruits de roulement sont dus à des défauts de l'état de surface de la roue. Ils provoquent des vibrations transmises par l'air (bruits aériens) et par le sol (bruit solidiens).
Les bruits solidiens sont très courants sur les lignes anciennes (on les ressent par exemple dans les immeubles construits au-dessus des lignes du métro de Paris). Aujourd'hui, on sait construire les voies de manière à éviter ce problème.
Les défauts des roues sont dus à l'usure. Sur les TGV, elle a été diminuée en remplaçant les freins à sabot par des freins à disque.
Bruits aérodynamiques Négligeables sur les trains classiques, ils deviennent prépondérants à partir de .
Ils peuvent être limités en améliorant l'aérodynamique.
Impact de l'infrastructure La trajectoire latérale d'une rame TGV est précise à près, cela permet d'implanter les écrans anti-bruit au plus près de la voie, ce qui augmente leur efficacité. Ils sont construits à l'aide de matériaux absorbants (technique peu utilisée en France), ou sont constitués de murs en béton ou d'écrans vitrés. Il peut aussi s'agir de simples remblais de terre (Merlons), là où l'on dispose d'emprises suffisantes. Les merlons de terre sont économiques et peuvent être végétalisés. Le creusement d'une tranchée n'est pas forcément plus cher qu'un mur sur une voie nouvelle et cette solution est plus discrète.
La majorité des bruits venant du sol (contact roue-rail, aérodynamique des bogies), il est souvent possible de faire des murets (ou des tranchées) bas qui permettent aux voyageurs de voir le paysage.
La tranchée couverte, voire le tunnel, apportent une solution plus radicale au problème de bruit ; mais c'est la technique la plus chère à mettre en œuvre.
Un certain nombre de technologies utilisées sur LGV permettent d'éviter les vibrations de la voie : voies en longs rails soudés (évitent le « tac-tac » des raccords des joints de dilatation) ; rails lourds ; ballast épais ; traverses béton massives ; utilisation de plate-forme de voie en béton (Chine, Pays-Bas, Allemagne, Japon) ; les anciens ponts en treillis étaient très bruyants, les nouveaux viaducs en béton armé le sont beaucoup moins.
Les progrès existent aussi sur le matériel roulant : un TGV sud-est à n'est pas plus bruyant qu'un train corail à ; un TGV atlantique à émet de moins par rapport au TGV sud-est.
Il peut aussi être avantageux de suivre le tracé d'une autoroute à petites distance pour mutualiser les nuisances, la loi d'addition des bruits n'étant pas linéaire. Par exemple, la somme de deux bruits de équivaut à un bruit de , alors que physiologiquement la sensation de gêne double quand le bruit augmente de .
Accidentologie thumb|200px|Accident d'Angrois à proximité de Saint-Jacques-de-Compostelle. L'accident ferroviaire d'Eschede, impliquant un ICE le , est la plus grande catastrophe ferroviaire à grande vitesse. Il a fait et une centaine de blessés.