Deuxième génération d'automotrices à deux niveaux Z2N, les Z 20500 (qui sont les premières à utiliser le nouveau système de numérotation du matériel instauré en 1985) bénéficient des dernières évolutions de la traction électrique au point à la fin des années 80 : la motorisation asynchrone.
Elles sont à accroître la capacité des relations existantes et à renouveler le matériel les plus ancien (Z 5100, rames RIB 60 et 70) qui pourra ainsi être parfois envoyé en province. Des rames quasi identiques ont été fabriquées en Espagne pour la RENFE (séries 450 et 451) ; un essai de quelques rames au Danemark a eu lieu en 1989.
Les caisses des motrices sont différentes de celles des Z 5600 et Z 8800, avec des formes plus anguleuses. Il existe deux types de remorques intermédiaires (dans tous les cas les aménagements intérieurs sont identiques et simplifiés afin d'éviter le vandalisme, avec des sièges individuels aux teintes grises, des cloisons blanches avec des touches rouges) :
Il en résulte une certaine complexité au niveau des compositions possibles : certaines rames ont été reçues avec deux remorques courtes, d'autres deux ou trois remorques longues. Les premières rames livrées le furent avec deux remorques longues, qui furent parfois complétées vers 1995 par une troisième remorque longue neuve.
Enfin, les rames à caisses courtes ont toutes reçu en plusieurs vagues une troisième remorque toujours courte, issue de la transformation de voitures VB2N (ZR 25900) mais réaménagée contrairement à celles incorporées dans des Z 5600. La livrée est toujours tricolore (blanc avec bandeau bleu foncé et portes rouges), mais des variantes existent selon les logos et cette transformation s'es faite en plusieurs fois, en 2003 - 2004 puis de 2009 à 2012.
La situation s'est encore compliquée à partir de mi 2013, car il a été décidé de retirer des ZR 25900 ex VB2N de rames Z 5600 pour porter à cinq caisses des Z 20500 ayant actuellement deux remorques longues... La série est en effet sollicitée, assurant la quasi totalité du trafic du RER D et de nombreuses autres relations chargées, alors que de leur côté les Z 5600 "Evolys" à six caisses utilisées sur une partie du RER C n'ont plus de raison d'être suite au renforcement de l'alimentation électrique de la ligne, autorisant enfin la circulation d'UM.
Une rénovation d'une partie des rames a été entamée à partir de 2019, avec nouvelle livrée "Ile de France Mobilités" grise et bleu ciel et réfection des aménagements intérieurs.
Une rénovation, proche de celle effectuée sur les voitures VB2N mais sans climatisation, a été lancé en 2007 d'abord aux couleurs "Transilien", puis "carmillon" à partir de fin 2012 ; elle est maintenant terminée.
La Z 20887/8 servit de prototype pour la chaîne de traction "Onyx" utilisée sur les Z 20900 et Z 23500.
Année | 1988 | 1989 | 1990 | 1991 | 1992 | 1993 | 1994 | 1995 | 1996 | 1997 | 1998 |
Mises en service | 9 | 27 | 6 | 18 | 23 | 26 | 23 | 23 | 22 | 16 | 1 |
Parc total en fin d'année | 9 | 36 | 42 | 60 | 83 | 109 | 132 | 155 | 177 | 193 | 194 |