L'histoire de la grande vitesse ferroviaire en France, popularisée sous son sigle TGV, commence officiellement en 1976 avec la concession par l'État à la SNCF d'une ligne nouvelle entre Paris et Lyon, laquelle entre en service à partir de 1981. Le concept de TGV lui-même a pris naissance dans les années 1965-1966 avec la création au sein de la SNCF d'un « Service de la recherche », devenu plus tard « Direction de la recherche et de la technologie ».
Les éléments précurseurs de cette idée sont multiples : les possibilités techniques d'amélioration de la vitesse sur le réseau classique (sous-tendues par les records de 1955 qui permirent d'atteindre avec des rames tractées par des locomotives électriques classiques), le projet allemand, présenté en 1963, d'évolution du réseau de la Deutsche Bahn pour permettre la circulation de trains de voyageurs circulant à 200 ou , la mise en service en au Japon du premier Shinkansen, circulant à sur une infrastructure dédiée du Tōkaidō, enfin, depuis 1964, le projet d'aérotrain de l'ingénieur Bertin qui envisageait alors une liaison Paris-Lyon à , projet qui n'a pas retenu l'attention des ingénieurs de la SNCF attachés au système roue-rail mais qui a éveillé leur intérêt.
Chronologie : création du « Service de la recherche » à la SNCF : lancement du projet C03 : début des essais du TGS. Jean Dupuy devient de fait le chef du projet TGV, qu'il dirigera pendant 20 ans : commandes des deux rames expérimentales TGV 001 et 002 ; seule la première sera construite : conseil interministériel où Georges Pompidou ajoute la construction de la LGV Paris-Lyon à la liste des projets destinés à lutter contre l’élévation du coût de l’énergie : commande à Alsthom (aujourd'hui Alstom) de 87 rames TGV : premier essai d'un TGV lancé à 260 km/h sur le tronçon Strasbourg-Sélestat (Bas-Rhin) : décret approuvant la convention État-SNCF pour la construction et l'exploitation de la ligne nouvelle entre Paris et Lyon : la rame TGV 16 établit le record du monde de vitesse ferroviaire à : mise en service du premier tronçon de ligne nouvelle entre Saint Florentin et Sathonay et première exploitation commerciale du TGV sur la relation Paris-Lyon. : mise en service du deuxième tronçon de la ligne nouvelle entre Combs-la-Ville et Saint-Florentin : mise en service de la première branche (ouest) de la LGV Atlantique : la rame TGV Atlantique 325 établit le nouveau record du monde de vitesse ferroviaire à : mise en service de la seconde branche (sud-ouest) de la LGV Atlantique : publication du schéma directeur des LGV : mise en service de la première section de la LGV Rhône-Alpes entre Montanay et Saint-Quentin-Fallavier pour faciliter la desserte des JO d'Albertville : mise en service partielle (entre Paris et Arras) de la LGV Nord : mise en service complète de la LGV Nord : début du service commercial d'Eurostar : mise en service complète de la LGV Rhône-Alpes : mise en service de la LGV Méditerranée entre Valence, Marseille et Manduel à l'est de Nîmes : La rame V150 pulvérise l'ancien record de vitesse sur rails, en atteignant , record actuellement imbattu. : mise en service de la première section de la LGV Est 2010 : loi du Grenelle II, prévoyant le doublement de la longueur du réseau de LGV d'ici 2020 (depuis fortement revu à la baisse) 2010 : ouverture du Tunnel du Perthus permettant au TGV de franchir les Pyrénées 2013 : ouverture des connexions à grande vitesse entre la France et l'Espagne : mise en service de la seconde section de la LGV Est jusqu'à Strasbourg : mise en service de 2 extensions de la LGV Atlantique, vers l'Ouest (Le Mans - Rennes) et le Sud-Ouest (Tours - Bordeaux). : mise en service de la LGV SEA, première LGV non concédée à SNCF Réseau, en même temps est mise en service la LGV BPL fin 2017 : mise en service d'une extension de LGV de Nîmes à Montpellier 2020 : ouverture à la concurrence des LGV, augmentant le nombre de trains, et surtout le nombre d'opérateurs.
Les trains En 1967, la SNCF met en service Le Capitole, train rapide Paris-Toulouse circulant à sur une partie de son parcours.
Le projet C 03 L'idée des très grandes vitesses et le développement d'un programme de turbotrains se sont rejoints à la fin des années 1960 et sont certainement stimulés par le lancement au Japon du programme Shinkansen en 1964.
Ces idées prennent corps dans un programme de recherches associant la SNCF et l'industrie ferroviaire destiné à explorer les possibilités d'un turbotrain à grande vitesse. Ce projet, lancé en 1967 sous le nom de code C 03, s'intitulait « Les possibilités ferroviaires sur infrastructure nouvelle ».
Le turbotrain expérimental X 4300 TGS, prédécesseur de l'ETG, avait été testé à des vitesses allant jusqu'à en , donnant des résultats prometteurs. Comme la SNCF visait pour de futures lignes à grande vitesse une gamme de vitesse allant de 250 à , elle demanda à Alsthom-Atlantique de construire un turbotrain prototype conçu à cet effet. Ainsi naît le turbotrain TGV 001, TGV étant originairement l'abréviation de « Turbotrain à Grande Vitesse ».
Le turbotrain TGV 001
Le turbotrain TGV 001 est un train expérimental conçu pour mener un vaste programme de recherches dans le domaine des grandes vitesses en explorant tous ses aspects techniques.
Il s'agit d'une rame articulée composée de deux motrices encadrant trois remorques, l'ensemble des éléments de la rame étant en permanence accouplés entre eux. Il était motorisé par quatre turbines à gaz issues de l'aéronautique, entraînant un alternateur, lequel alimentait en courant les moteurs de traction. Tous les bogies étaient motorisés.
Le TGV 001 réalise 5227 marches d'essai, atteignant le la vitesse de , qui est restée le record du monde de vitesse ferroviaire en traction thermique. Cette campagne d'essais est une part inestimable du projet C03.
Traction électrique Avec la crise pétrolière de 1973, la traction thermique des futurs trains à grande vitesse ne paraît plus économiquement viable. Le choix de la traction électrique impose une reprise importante de la conception et des programmes d'essais.
En , l'automotrice électrique expérimentale Z 7001, surnommée « Zébulon », commence ses essais. Zébulon est reconstruite à partir de l'automotrice Z 7115 qui avait été radiée. Ce véhicule était équipé d'un nouveau bogie moteur Y 226 (précurseur de l'Y 230 des TGV de série) qui est mis au point et testé, avec ses moteurs de traction suspendus et sa transmission à cardans tripode. Le montage suspendu des moteurs de traction est une innovation importante ; il autorisait une réduction considérable () de la masse du bogie moteur, lui donnant une vitesse critique très élevée et une stabilité exceptionnelle. Zébulon servit également à la mise au point d'un pantographe à double étage pour la grande vitesse, qui sera plus tard le pantographe AM-DE des TGV Sud-Est, ainsi que d'un nouveau type de freins à courants de Foucault. Le frein à courants de Foucault exerce un effort de rétention magnétique, sans aucun contact avec le rail. La promesse d'une très grande efficacité et d'une faible fatigue est toutefois contrebalancée par des problèmes de surchauffe du rail et le projet est abandonné. La suspension de Zébulon, de conception non-pneumatique, donne entière satisfaction et est adoptée pour le nouveau train à grande vitesse à la place de la suspension pneumatique du TGV 001.
Sur une période de vingt mois, Zébulon parcourt près d'un million de kilomètres, dont à des vitesses supérieures à . La vitesse maximum atteinte par Zébulon est de . Les recherches du projet C03 étaient réalisées. La construction d'une ligne à grande vitesse électrifiée entre Paris et Lyon commence aussitôt après.
Un style original Le dessin intérieur et extérieur du premier TGV est dû à Jacques Cooper, designer industriel, né en France le . Au milieu des années 1950, il travailla pendant plusieurs années avec le designer américain d'origine française Raymond Loewy. À la fin des années 1960, alors qu'il commençait à travailler pour Brissonneau-et-Lotz, on demande à Jacques Cooper de dessiner « un train qui ne ressemblait pas à un train ».
C'est lui qui conçut les lignes intérieure et extérieure du turbotrain TGV 001, et crée très rapidement le « style TGV ». Dès 1975 (?), Cooper avait dessiné des trains qui ressemblaient étonnamment au TGV Duplex qui naîtra vingt ans plus tard. Mais si son projet fut immédiatement accepté pour la ligne extérieure, il fut invité à de nombreuses reprises à reprendre les aménagements intérieurs, depuis les sièges jusqu'aux poignées de porte.
Les nombreuses exigences de conception étaient parfois contradictoires, et Cooper devait trouver la solution optimale. Les espaces intérieurs devaient être accueillants et confortables, reposants, calmes, faciles à nettoyer et à fixer, et doucement intégrés pour créer une atmosphère unique. Le confort devait être rendu accessible à tous les voyageurs, tout en gardant un certain style. L'objectif d'ensemble était de concevoir un espace intérieur qui soit à la fois délassant et agréable.
La conception du premier TGV fut achevée vers la fin des années 1970. La première commande de rames fut lancée le . Au cours des vingt années suivantes, plus de 600 exemplaires du nez de TGV de Cooper, mondialement célèbre, allaient être produits.
Dernières mises au point Le , les deux rames de préséries sortirent de l'usine Alsthom de Belfort. Numérotées TGV 01 et 02, elles reçurent les surnoms de « Patrick » et « Sophie » (Patrick pour Paris, SophiE pour SE). Au cours de la période d'essais, plus de 15000 modifications furent apportées à ces deux rames, ce qui fut loin d'être facile. Un des problèmes les plus difficiles à résoudre fut celui des vibrations : les nouveaux trains n'étaient pas du tout confortables en vitesse de croisière. La solution fut lente à venir, et retarda le programme. Finalement on trouva que l'insertion de blocs de caoutchouc sous les ressorts de suspension primaire éliminait le problème. D'autres difficultés concernant la stabilité des bogies à grande vitesse furent surmontées en 1980, année où le premier tronçon de la ligne nouvelle Paris-Lyon était censé être mis en service. La première rame de série, 03, fut livrée le .
La livraison de la commande de 87 TGV était en cours lorsque la rame 16 fut utilisée pour battre un record de vitesse, dans le cadre de l'« opération TGV 100 » (en référence à l'objectif de vitesse de par seconde, soit ). L'objectif fut dépassé le , la rame 16 atteignant la vitesse de dans des conditions de sécurité parfaites.
Le , ce fut la mise en service commerciale des TGV sur la ligne Paris-Lyon, cinq jours après l'inauguration officielle par le président de la république François Mitterrand. Cette date marqua un tournant dans les services ferroviaires de voyageurs en France.
Les lignes à grande vitesse
La genèse des lignes à grande vitesse vignette|193x193px|Tracé actuel de la PSE Le projet TGV doit aussi son succès à une ligne qui lui est dédiée.
À la mise en service du Capitole Paris-Toulouse, la ligne Paris Lyon est saturée. Il est envisagé de la quadrupler pour assurer l'ensemble des trafics : grande ligne, fret, service régional. L'idée nait alors de créer une ligne destinée exclusivement à la grande vitesse (LGV). Elle sera construite au plus court, évitant le détour par Dijon de l'ancienne ligne dite impériale.
Le projet de LGV, ligne à grande vitesse, sera la colonne vertébrale du système TGV. Les essais de matériels différents démontrent que le projet initial de matériel roulant n'était pas finalisé. Celui de la LGV l'était.