La ligne de Sceaux est une ligne de chemin de fer de la banlieue sud de Paris, qui reliait initialement la place Denfert-Rochereau, à Paris, à la commune de Sceaux.
Ouverte en 1846 à voie large à titre de démonstration du système Arnoux, elle connaît plusieurs prolongements successifs vers le sud, à Sceaux (Robinson) d'une part, et par étapes vers Orsay, Saint-Rémy-lès-Chevreuse puis Limours d'autre part. Dans cette dernière configuration, elle est également appelée (ligne du réseau ferré national) par ..
Dotée d'un capital de de francs, elle fait partie des cinq sociétés mises sous séquestre par l'État lors du krach de 1847« Histoire financière des chemins de fer Français », par A. de Laveleye, page 28., avec la Compagnie du chemin de fer de Paris à Orléans le , la Compagnie du chemin de fer de Bordeaux à La Teste le et la Compagnie du chemin de fer de Marseille à Avignon le . La Compagnie du chemin de fer de Paris à Lyon, elle, est nationalisée en 1848« Atlas historique et statistique des chemins de fer français », par Adolphe Laurent Joanne, aux Éditions Louis Hachette, (1859), ..
En 1895, elle est prolongée au nord dans Paris jusqu'à la gare du Luxembourg. En 1937, elle est rétrocédée par la Compagnie du chemin de fer de Paris à Orléans à la Compagnie du chemin de fer métropolitain de Paris (CMP) après une modernisation radicale. La mise en service d'automotrices électriques spécifiques à la ligne, les automotrices Z, et le réaménagement de l'infrastructure avec quais hauts et signalisation performante en font un embryon du futur métro régional, provoquant un doublement de sa fréquentation en moins d'un an. En 1939, la section de Saint-Rémy-lès-Chevreuse à Limours est abandonnée.
Après une période de fréquentation exceptionnelle durant la Seconde Guerre mondiale et les années suivantes, la ligne, d'une longueur de , est intégrée au réseau express régional d'Île-de-France (RER) en 1977. Elle constitue dorénavant les deux branches sud de la ligne B du RER au sud de Gare du Nord : branche B2, jusqu'à Robinson, et branche B4, jusqu'à Saint-Rémy-lès-Chevreuse.
Construction de la ligne De Paris à Sceaux vignette|Carte du chemin de fer de Paris à Sceaux montrant : vignette|Pont pour le franchissement de la rue d'Alésia, vers 1860. L'histoire de la ligne de Sceaux remonte à 1838. C'est à cette date que le polytechnicien Jean-Claude-Républicain Arnoux propose une solution technique permettant d'améliorer la vitesse des trains en courbe, tout en réduisant l'usure des rails et des roues. En pratique, il suggère de désolidariser les roues d'un même essieu et d'articuler les essieux sur un pivot central au lieu de les fixer aux caisses. De plus, il préconise l'utilisation d'un écartement large de . C'est ce qu'on appelle le « système Arnoux ».
Afin de mettre en œuvre son système, Arnoux obtient par une loi, le , la concession de la ligne de Sceaux pour une durée de cinquante ans.. Le , il fonde la Compagnie du Chemin de fer de Paris à Sceaux. Le premier tronçon relie l'« embarcadère » d'Enfer (devenu en 1895 Denfert-RochereauMinistère de la Culture - base Mérimée, . Lire (consulté le 16/01/2010).), situé à la barrière d'Enfer à Paris, à Sceaux. Il est inauguré le , et ouvert au public le .
Ce premier tronçon, très sinueux à partir de Bourg-la-Reine car la pente de était rattrapée par plusieurs courbes et contre-courbes avec une gare intermédiaire baptisée « Fontenay » (car se trouvant rue de Fontenay à Sceaux), avait son terminus à Sceaux. Le tracé sinueux devait prouver la pertinence et l'efficacité du système Arnoux. Finalement, la déclivité de la voie ne dépassait pas /m. Bien que les ouvrages d'art aient été prévus dès le départ pour une double voie, une seule voie était posée lors de l'ouverture. La double voie a été posée de Paris à Bourg-la-Reine en 1863.
De Bourg-la-Reine à Orsay vignette|gauche|Locomotive Anjubault, voie large de , de la ligne de Sceaux, modifiée en 1867 et devenue La Vie du Rail, carte : Locomotive , éditée en 1952.. La ligne souffre d'un déficit d'exploitation : très profitable pendant les beaux jours, elle peine à attirer les voyageurs le reste de l'année. Un prolongement jusqu'à Orsay est donc envisagé pour équilibrer les comptes. On envisage d'abord un tracé qui se serait embranché près de la gare de Fontenay, et aurait comporté un embranchement vers Longjumeau. Ce premier projet n'a pas de suite, mais le tracé actuel, avec embranchement à Bourg-la-Reine, est sérieusement étudié.
Cependant la crise de 1847 aggrave la situation de la compagnie, si bien qu'elle est mise sous séquestre en 1849-1850. Lors de la révolution de 1848, des chantiers de terrassements sont entrepris à partir de Sceaux vers Orsay, financés par l'État dans le cadre des Ateliers nationaux. Ils atteignent Palaiseau en 1849. L'État, circonspect quant au futur de la compagnie, construit la plate-forme aux normes ferroviaires classiques, c'est-à-dire avec des rayons de courbure supérieurs à ceux acceptés par le système Arnoux.
La compagnie, partiellement renflouée, obtient la concession de la ligne de Bourg-la-Reine à Orsay par une loi le .. Outre le trafic voyageurs, il est prévu un trafic marchandises assez important, avec notamment le transport du grès de la vallée de l'Yvette et celui des primeurs.
La ligne est réalisée à voie unique en écartement large, bien que la concession prévoie à terme sa conversion à la voie normale. La ligne comporte d'art, dont un tunnel de . Entre Palaiseau et Orsay le tracé est à nouveau sinueux, contrairement au tronçon construit par l'État : les rayons de courbure descendent jusqu'à .
Le tronçon est inauguré jusqu'à Orsay le 1854. Le terminus se trouve au lieu-dit « les Planches », près de la gare actuelle du Guichet.
Malgré quelques signes d'embellie financière, la compagnie reste fragile, et ne peut notamment acquérir le matériel roulant pour l'ouverture d'un service marchandises, qui aurait pourtant été lucratif.
D'Orsay à Limours Dans le but de contrecarrer les plans d'une compagnie concurrente qui souhaite obtenir un accès ferroviaire à Paris, la Compagnie du Paris-Orléans rachète la ligne de Sceaux à la société Arnoux en 1857. Dans le projet présenté, la ligne de Sceaux devait s'intégrer dans une relation de Paris à Tours par Châteaudun et Vendôme. Cependant, une fois ce concurrent écarté et des études approfondies réalisées, le Paris-Orléans démontra que l'amorce de la ligne de Tours par Orsay était impraticable en raison d'une succession de plateaux et de vallées. Le Paris-Orléans fit accepter à la place un nouvel itinéraire par Brétigny. À la suite de la déconfiture financière de la Compagnie du chemin de fer Grand-Central de France et à son démantèlement organisé par l'État en 1857 au profit de la Compagnie du chemin de fer de Paris à Orléans et de la constitution de la Compagnie des chemins de fer de Paris à Lyon et à la Méditerranée, la Compagnie du chemin de fer de Paris à Orléans rachète la ligne de Paris à Orsay par un traité signé le entre les deux compagnies. Ce traité est approuvé par décret le ..
À titre de compensation pour une population qui allait se voir privée de chemin de fer, il fut proposé de construire un tronçon d'Orsay à Limours en prolongement de la ligne de Sceaux. Un décret du entérine ce prolongement jusqu'à Limours, par Saint-Rémy-lès-Chevreuse et le vallon de Saint-Paul. Ainsi, le Paris-Orléans obtenait, par économie, de ne pas desservir Chevreuse, quitte à construire en rampe de dans le vallon de Saint-Paul. La ligne « d'Orsay à Limours » est concédée à titre définitif à la Compagnie du chemin de fer de Paris à Orléans par une convention signée le entre le ministre des Travaux publics et la Compagnie. Cette convention est approuvée par un décret impérial le ..
L'inauguration de ce dernier tronçon a lieu le 1867. Il est construit en voie unique.
L'époque du Paris-Orléans vignette|Plan d'un projet (alternatif non retenu) de rectification du tracé entre Bourg-la-Reine et Sceaux. vignette|La ligne de Sceaux à l'époque de la Compagnie du Chemin de fer de Paris à Orléans (PO) : gare de Sceaux-Ceinture devenue la gare de Cité universitaire. vignette|La nouvelle gare de Sceaux créée sur le tracé inauguré en 1893. Rachat et modernisation vignette|Tracé ancien (1846-1893, gris) et actuel (dès 1893, noir) de la branche vers Sceaux.
Vers la fin du , l'apparition des bogies permit de régler les problèmes d'usure et de vitesse en courbe des trains, sans pour autant recourir à un système complexe et à un écartement large comme l'avait proposé Arnoux. Pour rendre la ligne de Sceaux compatible avec les autres réseaux, un décret d'utilité publique de 1889 permet l'abandon du système Arnoux et la mise à l'écartement standard de .
Pour ne pas interrompre le trafic, le changement de matériel se fait dans la nuit du 21 au . Le tracé primitif de Bourg-la-Reine à Sceaux est abandonné pour le tracé actuel comprenant également trois stations et se terminant à Robinson, mais passant cette fois par Fontenay-aux-Roses. Les travaux commencent en , et se terminent en .
Prolongement jusqu'à Luxembourg Le prolongement à l'intérieur de Paris entre la gare de Denfert et le Luxembourg est déclaré d'utilité publique par un décret du .. Dans les années 1890, le terminus parisien est porté en tunnel à Luxembourg. Des cheminées permettent l'évacuation des fumées (des locomotives à vapeur).
La Compagnie du Paris-Orléans avait également prévu de reporter ce terminus dans sa nouvelle gare d'Orsay, ouverte en 1900. L'amorce de ce prolongement existe toujours à la sortie est de la station du RER C sous la forme d'un second tunnel à double voie parallèle à celui se dirigeant vers la gare d'Austerlitz et aujourd'hui utilisé pour le garage de rames.
Projets de développement Une ligne « de Limours à Dourdan » est concédée à titre éventuel à la Compagnie du chemin de fer de Paris à Orléans par une convention signée entre le ministre des Travaux publics et la Compagnie le . Cette convention est approuvée par une loi le ..
En 1913, le gouvernement estime que l'électrification de la ligne de Sceaux n'est pas prioritaire, car l'ouverture de la ligne Paris – Chartres par Gallardon est prochaine ; sur quatre voies, deux seront électrifiées. Mais cette ligne reste finalement inachevée. Toutefois, la Compagnie du chemin de fer de Paris à Orléans reçoit la concession à titre définitif de la ligne de Limours à Dourdan par une convention signée entre le ministre des Travaux publics et la compagnie le . Cette convention est approuvée par une loi le , qui déclare en même temps la ligne d'utilité publique.. Cette ligne ne sera pas réalisée.
Dès 1929, le projet Langevin (du nom du ministre des Travaux publics d'alors) propose de relier les lignes de la région parisienne de façon à créer une infrastructure de transports urbains, sur le modèle du S-Bahn allemand. C'est ce qui allait devenir le RER.
Comme le projet Langevin implique la traversée de Paris en souterrain, l'exploitation de trains à vapeur devient problématique. En 1929, il est décidé d'électrifier la ligne jusqu'à Massy - Palaiseau. La Compagnie du Paris-Orléans refuse de se charger des travaux à ses frais. C'est quand même elle qui réalise l'électrification compte tenu de son expérience et qui remet ensuite la ligne à la Compagnie du chemin de fer métropolitain de Paris (CMP), l'une des entités de la future Régie autonome des transports parisiens (RATP), par fusion après la guerre 1939-1945 avec la Société des transports en commun de la région parisienne (STCRP), qui gérait le réseau des autobus et qui se voit confier l'exploitation de ce tronçon.
La transformation en métro régional La ligne fait l'objet d'une transformation radicale. Les gares sont équipées de quais hauts et d'abris parapluie sur toute leur longueur.