Les Z 4100 sont des automotrices électriques mises en service à partir de 1925 par la compagnie ferroviaire du Paris-Orléans pour la desserte de Paris Quai d’Orsay - Brétigny-sur-Orge - Étampes et Dourdan puis de Paris Quai d’Orsay - Orly.
À partir de 1966, ces automotrices très robustes sont progressivement affectées aux dépôts de la région Sud-Ouest de la SNCF, pour assurer des dessertes omnibus ou des navettes commerciales ou de service. Remplacées par des engins plus récents, plus véloces et plus confortables, les dernières cessent de circuler en 1986.
Genèse de la série et description En , le PO engage l’électrification en courant continu par caténaire de la ligne Paris Quai d’Orsay - Orléans et de l'antenne . Cet équipement remplacera le par troisième rail qui équipe les voies "banlieue" jusqu'à Juvisy depuis 1900. et conçues par le PO en liaison avec l'OCEM sont commandées, ainsi que 200 locomotives mixtes , et pour les grandes lignes.
Les caisses sont entièrement métalliques et reposent sur deux bogies. Chaque face latérale présente deux portes doubles situées au-dessus des boggies et séparant trois compartiments de longueur et d’utilisations différentes (espaces voyageurs ou bagages ou postal). L’aspect général est proche du matériel conçu directement par l’OCEM. Trois tranches sont construites entre 1925 et 1937.
Première tranche (1925-1927) 160 engins sont commandés pour cette première tranche. Il s’agit de 80 motrices ZC⁹Eyp 23101 à 23180 53 remorques C¹¹yfp 17001 à 17053 27 remorques ½ZA³B⁷yp 23501 à 23527 avec cabine de conduite. Tout ce matériel présente le même aspect, rivets apparents, extrémités de caisses en biseau, la baie de cette travée de sièges étant divisée en deux parties égales pour suivre le dessin de la caisse. Les dossiers des sièges sont en contreplaqué verni et il n’y a pas de toilettes. Les portes sont battantes et s’effacent vers l’intérieur contre les cloisons et sièges des compartiments pour libérer totalement le passage. Les baies sont ouvrantes.
Sur les motrices, les bogies sont équipés de deux moteurs. Leur caisse comprend une cabine de conduite à une extrémité dans un compartiment à bagages, deux salles pour les voyageurs et, à l'autre extrémité, une petite loge de conduite utilisée seulement pour le service. Leur puissance continue est de , atteignant en puissance unihoraire. Elles mesurent de long pour une masse à vide en ordre de marche de . Les moteurs sont fabriqués par General Electric, les appareillages de commande utilisent la technologie mise au point par Sprague et Thomson-Houston. Les bogies sont étudiés et fabriqués par Schneider et le système de freinage fourni par Westinghouse. La fabrication des caisses est répartie entre la CIMT de Bordeaux et ANF à Blanc-Misseron (communes de Crespin et Quiévrechain).
Deuxième tranche (1931) Elle concerne : 30 remorques C⁹Pyfp 15054 à 15083 6 remorques ZAB¹⁰syp 23528 à 23533 avec cabine de conduite Pour cette tranche, pratiquement rien ne distingue les caisses de celles des voitures dites Talbot créées par l’OCEM. Elles sont aussi de construction rivetée, avec rivets apparents. Les différences principales avec la tranche précédente sont l'absence de biseau aux extrémités, les portes coulissantes et les baies semi-ouvrantes (dites à guillotine). Les baies vitrées voisinant les portes sont réduites de moitié pour laisser la place aux caissons de portes. Par contre, les baies d’extrémité sont de taille normale, le biseau ayant disparu. Sur les C⁹P, un compartiment d'extrémité aménagé en fourgon postal ne comporte que des strapontins le long des parois latérales. Les toitures sont un peu plus plates que celles de la tranche précédente.
Troisième tranche (1937) Il s’agit d’un complément au parc : 7 motrices ZC⁹Eyp 23181 à 23187 7 remorques ZAB¹⁰syp 23534 à 23540 avec cabine de conduite 22 remorques C⁹Pyfp 17084 à 17105 9 remorques C¹¹yfp 17106 à 17114 Cette fois, des améliorations notables sont apportées au matériel qui est maintenant de construction soudée. Comme pour la tranche précédente, les C⁹P comportent un compartiment d'extrémité aménagé en fourgon postal. Pour les motrices, équipées de sièges plus confortables et de toilettes, les établissements Soulé construisent la caisse et la partie mécanique, Schneider sous licence Westinghouse la partie électrique. Des moteurs Jeumont remplacent, à puissance égale, ceux fournis par General Electric.
Si on récapitule les trois tranches, le PO puis la SNCF disposent donc de : 87 motrices 114 remorques ordinaires 40 remorques avec cabine de conduite On arrive ainsi à un parc répondant à peu près aux spécifications initiales : une motrice pour deux remorques pouvant circuler par rames de 9 voitures, avec une réserve de motrices forte de 10 unités..
À l'origine, les sont limitées à mais, à la faveur des grandes révisions générales réalisées entre 1953 et 1964, la vitesse limite d’une majorité d’unités est portée à .
Évolutions et renumérotations En 1944, la Z 23177 est détruite par bombardement à Juvisy.
À la réforme de 1950, la SNCF attribue à cette série l’indice 4100. Le matériel est renuméroté en 86 Z 4101 à 4187 ex 23101 à 23187 53 ZR 24101 à 24153 ex 17001 à 17053 9 ZR 24154 à 24162 ex 17106 à 17114 30 ZR 24201 à 24230 ex 15054 à 15083 22 ZR 24231 à 24252 ex 17084 à 17105 40 ZS 14101 à 14140 ex 23501 à 23540
Pour faire face aux périodes de fort trafic estival, les 24201 à 24210 sont affectées momentanément au parc grandes lignes sous les numéros 48001 à 48010. Ce sous-parc équipé à l’occasion de toilettes et autorisé à 125 km/h est finalement réintégré à la banlieue en 1962.
Les Z 4123 et 4157 sont utilisées pour des essais sous 20 kV en Savoie, avec les ZR 24144 et 133. L’ensemble forme deux éléments numérotés et . À la fin de ces essais, la Z 9051 est remise au type 1500 V en 1963 sous son numéro 4123, la ZS 19051 sous le numéro 14156, les deux autres engins étant amortis en 1968.
Cependant, la répartition des 154 remorques n’est pas satisfaisante, le nombre d’éléments non-réversibles dits de « forcement » (presque la moitié du parc) n’étant pas un gage de souplesse puisqu'ils ne sont pas autonomes (ils n'ont qu'une cabine de conduite).
Huit remorques, les 24212, 215, 220, 221, 225 à 228 deviennent donc les ZS 14141 à 14148 après équipement avec une cabine de conduite. Leur prélèvement dans le parc des 20 24211 à 24230 provoque une numérotation discontinue des ZR 24200 restantes.
Sept remorques, du parc précédemment affecté aux grandes lignes 24201 à 24210 sont à leur tour transformées en 7 ce qui relève le nombre d’éléments réversibles à trois caisses à un niveau plus acceptable.
Ces transformations ont changé la structure du parc qui comprend maintenant : 85 Z 4101 à 156, 158 à 176, 178 à 187 97 ZR 24101 à 132, 134 à 143, 145 à 162, 208 à 211, 213, 214, 216 à 219, 222 à 224, 229 à 252 56 ZS 14101 à 156
Cette distribution restera stable jusqu’en 1966.
Le est marqué par la réception des trois premières remorques ZR 25300 qui annoncent la relève.
La réutilisation des Z 4100 hors de la banlieue est déjà décidée. Si la région sud-est a décliné leur utilisation sur les lignes autour de Lyon, la région sud-ouest leur fera assurer tout son service omnibus. À cette fin, l’adaptation des éléments de forcement non réversibles est indispensable. Elle nécessite la transformation de 24 remorques à portes coulissantes ex 17084 à 17114 en remorques avec cabine de conduite sous les numéros et .
Les engins de Bordeaux sont réintégrés au parc de Paris-Sud-Ouest en 1966 pour être transformés par les ateliers de Vitry.
Les 14141 à 14156 sont déclassées en ZRBx ( classe seulement) et renumérotées 14201 à 14216.
À l’issue de ce travail, la région sud-ouest dispose de 80 éléments réversibles à deux ou trois caisses toutes équipées de toilettes, les compartiments de étant équipés de sièges nouveaux apparentés à ceux des voitures USI contemporaines.
Par exception, 4 éléments destinés aux navettes des Aubrais à Orléans et de St-Pierre-des-Corps à Tours ne sont pas équipées de toilettes, leurs faces latérales sont ornées d’une bande de couleur crème entre la toiture et la ceinture de caisse, et leur vitesse limite rabaissée à 65 km/h. Ce petit parc comporte initialement les motrices Z 4160, 164, 171 et 173, les remorques 24101, 106, 109 et 122 et 14108, 111, 112 et 120.
La répartition finale du parc est donc devenue (selon la notation résultant de la mini-réforme de 1965) : 85 Z 4101 à 4156, 4158 à 4176, 4178 à 4187 69 ZRB 24101 à 24132, 134 à 143, 145 à 155, 162, 208 à 211,213,214,216 à 219,222 à 224, 229,230 64 ZRABx 14101 à 14140 et 14158 à 14181 20 ZRBx 14201 à 14220
Utilisation Banlieue parisienne vignette|gauche|PO avec ses deux types de pantographe. vignette|La à Pau en 1980). Lors de la sortie des premiers exemplaires, en 1924, la section Paris-Juvisy n'est pas encore électrifiée par caténaire. Certaines automotrices sont munies de frotteurs et d’un petit pantographe pour capter le 600 V. Dans cet état, elles vont remplacer les motrices de première série Z 23000 à la traction de rames de voitures à deux essieux et portières latérales encadrées par deux motrices, rames dites « composites ».. Toutes sont affectées au dépôt de Paris-Sud-Ouest.
Avec la réception des remorques de la dernière tranche, il devient enfin possible de faire circuler aux heures de pointe une majorité de rames de 9 caisses de la série. Les Z 4100 prennent alors totalement en charge la desserte de la banlieue sud-ouest, de Paris-Quai d’Orsay à Étampes, Dourdan et Orly. Les rames sont formées d’un à trois éléments triples, soit réversibles, « nord » ou « sud » selon l’orientation de la motrice, soit non réversibles dits « forcement ». L’organisation changera avec le temps. Ainsi, une illustration de l’époque montre l’organisation de deux types de rames : (forcement, nord et sud) avec les deux demi-caisses de 2° regroupées ou bien (forcement, forcement et sud) avec une seule demi-caisse de 2°. L’avantage des éléments « forcement » est une plus grande capacité avec une ou deux remorques comportant un compartiment postal équipé de strapontins à la place d’un compartiment de 2°.
En 1957, l’arrivée de 14 Z 5100 retire aux leurs tournées sur Dourdan ou Étampes. De ce fait, en 1958, les Z 4101 à 4109 sont mutées à Bordeaux avec les remorques nécessaires à la desserte de Bordeaux-Arcachon, les 14141 à 14148 et 24211, 216, 218, 219, 222 à 224, 230. De cette période date certainement l’organisation de toutes les rames selon le schéma « forcement, sud, sud » en vigueur jusqu’en 1968, grâce auquel la position des voitures de classe dans les rames correspond le mieux à celle des Z 5100, en particulier quand l’élément « forcement » est garé hors des périodes de pointe, laissant en circulation des rames de trois ou six caisses.
Le nombre de de la première tranche étant insuffisant, 4 rames de Z 4100 à 9 ou 10 caisses dont 4 motrices sont constituées en 1968 et roulent en renfort en pointe jusqu’en 1972. La composition de ces rames blocs n’a plus rien à voir avec les habitudes précédentes et tient compte au plus près de celle des . Dès que le parc de le permet, ces rames blocs sont ventilées dans les autres dépôts de la région marquant ainsi la fin de la présence des en banlieue parisienne.
Réseau Sud-Ouest vignette| à Ax-les-Thermes en 1981. Les trois caisses appartiennent dans l'ordre aux trois tranches successives, ce qui permet de visualiser les subtiles différences de gabarit entre tranches L’utilisation en « province » commence en 1958 avec l’utilisation de 8 éléments à trois caisses sur Bordeaux-Arcachon.
Parallèlement, Toulouse utilise les 4185 à 4187 de 1959 à 1962.