1. Histoire du thermalisme dans la cité ⁽¹⁾

Dès l'Antiquité Bains-les-Bains est reconnue et visitée pour ses sources thermales. Les troupes romaines y seraient venues chercher de quoi retrouver force et santé. Les Romains auraient, dès le 1^er siècle, capté les sources les plus chaudes à l'emplacement du Bain Romain actuel. La station prend alors le nom de "Balneum" qui lui est resté aujourd'hui ; en effet, les gens du cru nomment la station par le patronyme court de "Bains".

Les thermes délaissés au Moyen-Age seront reconstruits au XVIII^ème siècle sous l'impulsion des Ducs de Lorraine Léopold I^er et Stanislas Leszczynsky.

Les eaux de Bains sont "Déclarées d'Intérêt Public" par un décret de l'Empereur Napoléon III en 1864.

A la Belle-Epoque, le D^r Bailly, puis le D^r Mathieu qui rachètera la station en 1904, développent le thermalisme et assurent la célébrité de la cité qui est bien desservie par la Compagnie des Chemins de fer de l'Est (fig.3).

Fig.3 : Affiches publicitaires anciennes pour les Thermes de Bains-les-Bains (1910 et 1930) © Commune de La Vôge les Bains ⁽¹⁾

Plusieurs hôtels sont construits ainsi qu'une usine d'embouteillage en 1911. Celle-ci fonctionnera jusqu'à la Seconde Guerre Mondiale. L'eau est alors vendue sous le nom de Source Saint-Colomban (fig.4), du nom de la paroisse de la commune.

Fig.4 : Etiquette de bouteille d'eau de la Source Saint-Colomban (= actuelle Source Artéria). Remarquez la référence à la radiactivité de découverte récente et à la mode à cette époque. Laboratoire National de la santé © Laurent Douek / LookatSciences

La famille Mathieu assurera la pérénité du domaine thermal jusqu'en 1987, date de son acquisition par La Chaîne Thermale du Soleil. Celle-ci va insuffler un nouvel élan à la station qui devient alors la première station thermale des Vosges en terme de fréquentation médicale avec plus de 5000 curistes par an actuellement (données 2018).

2. La station thermale ⁽²⁾

Elle a fonctionné pendant longtemps avec le Bain Romain installé à l'emplacement de la piscine romaine et qui est le monument emblématique de la cité. La construction actuelle (fig.5) date de 1845. Fermé en 1998, le Bain Romain reste tout de même accessible aux curistes qui le souhaitent ; c'est là en effet que l'on trouve les eaux les plus chaudes (53°C). Le bain Romain comporte trois bassins ovales en enfilade entourés d'un péristyle à colonnade surmonté d'un balcon. La décoration reste dans le style de l'Antiquité (fig.6).

Fig.5 : Le Bain Romain: vue extérieure en 2018

Fig.6 : Le Bain Romain - vue intérieure à la Belle Époque (© Ministère de la Culture) et actuellement - vue des bassins ⁽²⁾ et vue panoramique (© photo-alsace-lorraine.com)

L'établissement thermal actuel (fig.7 et 8), très moderne, exploité par La Chaîne Thermale du Soleil, accueille les curistes essentiellement en matinée. Il est installé dans ce qui était le Grand-Hôtel qui a été modernisé et agrandi.

Le thermalisme à Bains-les-Bains s'est aussi developpé autour des activités d'eau, de loisir et de bien-être en offrant des prestations nouvelles (douches, spa) proposées aux non-curistes.

Les cures à Bains-les-Bains soulagent essentiellement les patients qui souffrent de maladies cardio-artérielles (artérite...) et de rhumatismes. Quatre sources dont la température varie de 25 à 35° sont utilisées dans l'établissement actuel (sources Féconde, Casquin, Sicilia et Promenade).

Fig.7 :  L'Etablissement Thermal en 2018

Fig.8 : Le Bain de la Promenade dans l'Etablissement Thermal : Bain actuel ⁽³⁾ et tel qu'il apparaissait sur une carte postale ancienne en 1884 (© Delcampe). L'architecture en enfilade avec colonnade et  balcon qui rappelle celle du Bain Romain.

3. Les eaux thermales : caractéristiques et origine

Les eaux dont profitent les curistes sont hydrothermales, à la fois chaudes et possèdant une composition stable riche en minéraux dissous.

"La dénomination "eau thermale" ne répond pas à une définition précise. Certains auteurs considèrent cette appellation pour des eaux dont la température excède 35°C et réservent le terme "d'eau minérale" pour les autres. Dans le langage courant, l'eau thermale désigne toute eau utilisée dans un établissement de soins, quelle que soit sa température."⁽⁴⁾

Les eaux de Bains-les-Bains sont hyperthermales car 16 sources libèrent des eaux dont la température va de 33°C à 53°C pour la plus chaude au niveau du Bain Romain. Elles possèdent des propriétés radioactives, oligométalliques à caractère bicarbonaté, sulfaté, calcique, sodique et riche en silice. Elles contiennent également du bore et des métaux en traces (zinc, cuivre, cadmium, lithium, arsenic, strontium et rubidium). Elles renferment aussi de nombreux gaz (azote surtout et gaz rares comme l'argon ou l'hélium). Le pH est légèrement alcalin (7,73 pour le Bain Romain et 7,95 pour le Bain de la Promenade).

Avec un résidu sec oscillant de 100 à 400 mg.L^-1, ces eaux sont faiblement minéralisées (tab.1). À titre de comparaison, les eaux françaises les plus minéralisées peuvent atteindre une concentration de 6 g.L^-1 en sels dissous (eau de Vichy-St.-Yorre) alors que la minéralisation de l'eau pour l'alimentation en eau potable ne doit pas dépasser 1,5 g.L^-1 (ou 1500 mg.L^-1). Les eaux minérales de Bains-les-Bains ne sont plus destinées à la consommation en bouteille mais uniquement à un usage thérapeutique dans le cadre des cures thermales. Seul un point d'eau attenant au bâtiment du Bain Romain, alimenté par la source Artéria (ex-Saint-Colomban), continue de procurer, en accès libre, de l'eau thermale aux habitants de la cité⁽³⁾ (NB: durant l'été 2019, l'eau ne coulait plus à cette fontaine).

La radioactivité varie de 5,5 à 13,8 millimicrocuries⁽⁵⁾, ce qui classe ces eaux parmi les plus radioactives de France. Deux éléments sont à l'origine de la radioactivité des eaux thermales de Bains-les-Bains: l'uranium et le thorium. Ces métaux lourds radioactifs sont habituellement piégés dans des minéraux accessoires comme le zircon (U,Th, Hf...)ZrSiO₄ ou la monazite (Ce, La, Nd, Th...)PO₄. Ces accessoires s'observent notamment à l'intérieur des micas et particulièrement dans les pegmatites, roches à grands cristaux associées au granite dont les plutons, d'âge hercynien, constituent le gîte principal pourvoyeur d'eaux thermales de cette partie du Massif vosgien. Ce ne sont pas l'uranium et le thorium, très peu solubles, qui sont directement présents dans l'eau (ou en quantité infime - env. 5,5 µg/L^-1 d'uranium au maximum pour les eaux de la source Artéria) mais le radon, un gaz issu des chaînes de réactions de désintégrations atomiques, présent dans l'eau thermale sous forme dissoute. Le radon radioactif émane également des gaz thermaux utilisés dans le cadre des soins (effet vasodilatateur et hypotenseur)⁽⁶⁾.

Tab.1 : Composition chimique des eaux thermales de quelques émergences de Bains-les-Bains ⁽⁶⁾

Les eaux minérales françaises sont classées en 4 groupes principaux ⁽⁷⁾ selon la prédominance d'un anion (et des cations associés). On distingue :

• les eaux bicarbonatées qui peuvent être calciques ou sodiques, elles sont souvent riches en dioxyde de carbone ;
• les eaux sulfatées qui sont généralement calciques et magnésiennes ;
• les eaux chlorurées, également sodiques la plupart du temps ;
• les eaux sulfurées riches en sufures et hydrogène sulfuré.

Le diagramme de Piper (fig.9) permet de déterminer la famille d'une eau minérale en fonction de sa composition en anions et cations : les eaux de Bains-les-Bains appartiennent à la famille des eaux bicarbonatées-sodiques. Elles se distinguent ainsi des autres eaux minérales vosgiennes de Vittel ou de Plombières (respectivement n°20 et n°18 sur le diagramme de Piper).

Fig.9 : Diagramme de Piper des eaux minérales françaises ⁽⁷⁾ et position des eaux de Bains-les-Bains (Bain Romain) - (cliquer sur l'image pour comprendre l'utilisation du diagramme de Piper - légendes en anglais)

Les eaux thermales de Bains-les-Bains se répartissent en deux groupes initialement destinés à chaque établissement : le groupe du Bain Romain et le groupe du Bain de la Promenade qui réunissent, chacun, les eaux de différentes émergences (tab.1). Certaines sources (Artéria, Grosse Source) qui alimentaient autrefois le Bain Romain, avant sa fermeture, pourvoient dorénavant le centre de soins du Bain de la Promenade⁽⁶⁾.

Le réservoir du Bain de la Promenade est constitué d'un bassin de stockage pour le circuit chaud, alimenté principalement par les eaux de la source Féconde à 49°C. Un circuit froid existe également. Il permet d'obtenir, par mélange, des eaux thermales à une température voulue.  Les eaux minérales froides (11°C) proviennent d'une émergence (source Centdix) captée par forage dans le Parc thermal⁽⁶⁾.

Le débit cumulé  des sources du groupe du Bain Romain est d'environ 10 m³ à l'heure alors que celui du Bain de la Promenade est de 15,5 m³.h^-1. Le pompage au niveau d'une source fait baisser le débit (et parfois la température) d'une émergence appartenant au même groupe, ce qui traduit le partage d'une nappe commune pour l'ensemble des sources d'un même groupe⁽⁶⁾.

Les eaux chaudes sont issues du socle hercynien faillé ⁽⁵⁾⁽⁸⁾  constitué de granites variés à amphibole, biotite, cordiérite... Dans le secteur de Bains-les-Bains, le socle est localisé à faible profondeur dans un graben (fig.11) d'une largeur maximale de 5 à 8 km, encadré par deux failles orientées NO-SE.

Fig.10 : Coupe géologique schématique montrant les principales stations thermales (cf. carte de localisation des stations) et les principaux réservoirs hydrominéraux de Lorraine et d'Alsace - flèches bleues = circulation des eaux souterraines dans le socle granitique (illustration d'après J.-J. Risler, 2006 ⁽⁷⁾ - cliquer sur l'image pour voir la série stratigraphique locale)

L'infiltration de l'eau dans les fissures de l'aquifère granitique s'effectue directement en altitude (fig.10) ou à travers la couverture sédimentaire gréseuse du bassin versant ; de là, les eaux circulent lentement (probablement plusieurs centaines d'années) en profondeur avant de remonter plus rapidement (sans déperdition de chaleur) vers la surface le long d'autres plans de failles, constituant la branche ascendante de ce thermo-siphon. Cette ascension accélérée peut résulter par exemple de différences de densité eau froide-eau chaude ou de l'action des gaz dissous accumulés mettant sous pression l'eau circulant dans le réseau de fractures. Au cours de leur parcours, ces eaux acquièrent leurs propriétés physico-chimiques et s'échauffent du fait de l'élévation de la température avec la profondeur : environ 30°C par kilomètre, ce qui correspond au gradient géothermique moyen dans la croûte continentale. 

Ce modèle de circuit thermal classique se complexifie dans la région de Bains-les-Bains du fait d'un contexte tectonique particulier observable sur une grande partie de la carte géologique de Plombières-les Bains..

1°. Bains-les-Bains se situe en effet dans un graben encadré par des réseaux de failles parallèles hérités de l'orogenèse varisque ou hercynienne (fig.11):

• la faille de Hautmougey à l'ouest et la faille de Xertigny à l'est, de direction NE-SO
• la faille de Trémonzey au sud et la faille (aval) de l'écluse 28 au nord, de direction NO-SE.

Ces failles majeures sont recoupées par des failles secondaires de direction NE-SO : les failles du Magny (à l'est) et du Bertramont (à l'ouest) qui délimitent un carreau effondré sur lequel repose Bains-les-Bains en son centre. Dans les compartiments surélevés délimitant le graben, le socle granitique remonté fait office de barrage aux eaux souterraines. 

Toutes ces failles présentes des plans inclinés et certaines se rejoignent en profondeur.

2°. Les granites hercyniens affleurent au niveau de plusieurs fenêtres qui ont permis leur exploitation en carrières. Néanmoins, le plus souvent, le substratum granitique est érodé et masqué par une couverture sédimentaire gréseuse, perméable, correspondant au Buntsandstein (Grès vosgien, Grès à Voltzia... - fig.10 et 12) et constituant des aquifères superficiels. Au niveau du carreau de Bains-les-Bains, ces couches forment un léger synclinal et un réceptacle perméable plus épais qu'ailleurs dans le secteur géographqiue considéré : cette situation singulière est particulièrement favorable à la rétention d'eau et à la constitution d'un gîte hydrothermal ⁽⁶⁾.

Dans ce contexte, sur le bassin d'alimentation autour de Bains-les-Bains (plateau des Voivres), les eaux d'infiltration pénètrent à l'intérieur de la couverture sédimentaire triasique puis circulent en profondeur dans le socle, le long de plans de fracture, notamment celui de la faille de l'écluse 28. Les eaux infiltrées sont ensuite acheminées jusqu'à la faille du Bertramont (à 700 mètres de profondeur) qui draine probablement déjà des eaux chaudes souterraines d'origine profonde remontant vers la surface.  Cette faille s'enfonce en effet jusqu'à -2500 mètres de profondeur, où elle rejoint la faille majeure de Hautmougey dont l'origine est plus profonde encore (-4000 m au moins), véhiculant peut-être, elle aussi, des eaux et gaz très chauds. Les fluides calorifères progressent ainsi le long de la faille du Bertramont en direction de la surface, qu'ils atteignent à l'aplomb de la cité thermale (fig.11)⁽⁶⁾⁽⁸⁾.

Fig.11: Bloc-diagramme montrant la circulation des eaux souterraines en lien avec la tectonique au niveau du graben de Bains-les-Bains - cliquer sur l'image pour visualiser le schéma structural de la carte de Bains-les-Bains

Lorsque le cheminement des eaux souterraines recoupe des points bas topographiques, des sources naturelles émergent au niveau de thalwegs. Dans le secteur géographique de Bains-les-Bains, ces émergences se concentrent dans la vallée du Bagnerot, sur une longueur de 800 mètres le long du cours d'eau, où 11 sources ont été captées sous les depôts d'alluvions ou directement dans les nappes des aquifères du Trias (fig.12).

Fig.12 : Coupe géologique schématique du graben de Bains-les-Bains et localisation du forage Artéria dans l'aquifère triasique du Grès vosgien (redessinée d'après Desprez et Minoux, 1959 ⁽⁸⁾) - cliquer sur l'image pour voir une localisation de la coupe

La couverture sédimentaire gréseuse du Buntsandstein (fig.12) joue en effet le rôle de gîte relais secondaire pour les eaux thermales. Dans ces nappes, assez superficielles, directement alimentées par les eaux d'infiltration du bassin d'alimentation circulant à travers les grès, les eaux thermales chaudes d'origine profonde, remontant par le réseau de fractures du socle, se mélangent avec les premières, modifiant ainsi la charge minérale et la température de l'eau (fig.12). Ces phénomènes expliquent en partie, selon l'importance du mélange, les écarts constatés d'une émergence à l'autre le long du Bagnerot (tab.1)⁽⁶⁾.

4. Propriétés thérapeutiques des eaux de Bains-les-Bains (source : site La Chaîne Thermale du Soleil ⁽²⁾)

• Antalgiques et anti-inflammatoires
• Effet vasodilatateur (gaz dissous) efficace sur artériographie des membres et le syndrome de Raynaud
• Adoucissantes sur l’épiderme et les muqueuses (silice)
• Sédatives
• Hypotensives

Grâce à leurs actions hypotensive, vasodilatatrice et sédative, elles sont particulièrement indiquées dans le traitement de l’artérite des membres inférieurs, de l’angine de poitrine, de la maladie de Raynaud, des troubles circulatoires des extrémités et de l’hypertension artérielle à condition que tous ces syndromes ne s’accompagnent pas d’insuffisance cardiaque décompensée.
Elles peuvent être également conseillées pour la réadaptation des sujets ayant présenté un infarctus du myocarde ou dans la prévention des maladies cardio-vasculaires lorsque sont présents des facteurs de risque tels que le tabagisme, l’alcoolisme, l’hypercholestérolémie, la sédentarité (avec obésité) et le diabète.
Grâce à leurs actions antalgique et anti-inflammatoire associées à l’action mécanique, les eaux de Bains-les-Bains sont reconnues pour les articulations périphériques : hanches, genoux, épaules…

Les soins comprennent essentiellement des bains en eau courante (fig.8), des bains thermaux avec insufflation des gaz récupérés aux griffons des sources et re-injectés, des bains de boues chaudes, et des douches au jet (fig.13), plus ou moins chaudes, avec plus ou moins de pression.

Fig.13 : Intérieur de l'établissement thermal actuel et ses douches à jets. © La Chaîne Thermale du Soleil (2)

5. Les Fontaines Chaudes

Plusieurs autres émergences d'eaux chaudes riches en silice sont connues dans la région.
Citons le patronyme de "La Chaudeau" (70) en direction de Aillevillers-et-Lyaumont (70) et surtout la ou les Fontaine(s) Chaude(s) située(s) dans le Bois de Gruey (fig.14) entre Gruey-lès-Surance et Fontenoy-le-Château en direction de Darney (88).

Fig.14 : Localisation des Fontaines Chaudes du bois de Gruey situées près du lieu-dit "Les Hautes Claires Voivres". © IGN FEDER Préfecture de la Région Grand-Est © Géoportail - cliquer sur l'image pour voir une localisation sur la carte géologique

L'origine de l'eau des Fontaines Chaudes (fig.15) est apparentée à celle de Bains-les-Bains (thermalisme, composition chimique). Comme pour les émergences de Bains-les-Bains, la chaleur emmagasinée par les eaux résulte d'un trajet dans le socle en profondeur, suivi d'une remontée vers la surface, à partir de zones d'intersection de failles.

  
Fig.15 : Les Fontaines Chaudes dans la forêt entre Gruey-lès-Surance et Fontenoy-le-Château.

La différence de température, 24°C pour les Fontaines Chaudes contre 50°C pour les sources de Bains-les-Bains, peut s'expliquer par un manque d'apport d'eaux chaudes d'origine profonde qui auraient pu être drainées par la faille de Hautmougey au niveau de la source thermale forestière. Les Fontaines Chaudes se situent en effet sur un compartiment effondré du graben de Bains-les-Bains, délimité par les failles du Magny et de Hautmougey. Ces deux failles se rejoignent vers -1200 mètres, profondeur à partir de laquelle les eaux souterraines entament leur migration en direction de la surface, le long du plan de la faille de Hautmougey (fig.16)⁽⁶⁾⁽⁸⁾. Rappelons qu'au niveau du carreau de Bains-les-Bains, la température des eaux thermales, maintenue élevée malgré un mélange avec des eaux froides de la nappe relais du Trias sédimentaire, ne peut s'expliquer que par une remontée de fluides très chauds ayant séjourné à grande profondeur (-2500 m, voire plus).

L'utilisation des Fontaines Chaudes à des fins de soins n'a cependant pas été retenue du fait de leur éloignement de la station thermale, d'une part, et d'une température et d'un débit (moins d'un mètre-cube à l'heure) insuffisants, d'autre part.

Fig.16 : Bloc-diagramme montrant le parcours souterrain des eaux des Fontaines Chaudes

-----------------------------------------

Eléments de bibliographie et sitographie

(1) Site de la Commune de La Vôge-les-Bains : www.lavogelesbains.fr / contact: tél. 03 29 36 34 29  - courriel : mairie.la.voge.les.bains@orange.fr

(2) Site de La Chaîne Thermale du Soleil : www.chainethermale.fr

(3) Bains-les-Bains. (2018, octobre 10). Wikipédia, l'encyclopédie libre. Page consultée le 10 octobre 2018 à partir de http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Bains-les-Bains&oldid=152909004.

(4) POMEROL C. et RICOUR J. (dir.) - (1992) - Terroirs et thermalisme de France - BRGM éd.

(5) CORNET J. (1983 - Projet de forage(s) géothermiques(s) à Luxeuil-les-Bains (70). Reconnaissance des venues d'eaux chaudes (1ère partie). Rapport de synthèse : Etude lithologique et structurale, géophysique, thermique, hydrogéologique et hydrogéochimique, 83 SGN 90 FRC, BRGM, 258 p.

(6) DEHAYE R. (2004) - L’essor récent de la station thermale de Bains-les-Bains: analyse des résultats d’une nouvelle orientation thérapeutique. Sciences du Vivant [q-bio]. 2004, pdf.

(7) RISLER J.-J. - (2006) - Eaux thermales et minérales in Aquifères & eaux souteraines en France - tome 2, J.-C. Leroux dir. - BRGM éd.

(8) DESPREZ N. et MINOUX G. (1959) - Recherches géologiques et hydrologiques dans le bassin hydrothermal de Bains-les-Bains, BRGM, 291 p.

Site "L'officiel du thermalisme": https://www.officiel-thermalisme.com/la-carte-des-stations-thermales/