Image de la semaine | 27/09/2021

Chaudes-Aigues (Cantal) et ses sources thermales les plus chaudes de France métropolitaine

27/09/2021

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

Résumé

Hydrothermalisme, origine des eaux, contexte thermique et tectonique permettant la mise en place d'un système convectif.


La source du Par à Chaudes-Aigues, Cantal

Figure 1. La source du Par à Chaudes-Aigues, Cantal.

L'eau de cette source, captée et aménagée depuis des siècles, sort à une température de 81 à 82,5°C. C'est la plus chaude de France métropolitaine (il y a des sources plus chaudes outre-mer, par exemple à Bouillante en Guadeloupe). Le débit total de cette source est d'environ 18 m3/h. Seule une petite partie de ce débit est “provisoirement” dérivée pour alimenter cette fontaine publique. La quasi-totalité de l'eau chaude rejoint un réseau de canalisations municipales. Un “communicant“ du XIXe siècle l'a déclarée « source la plus chaude d'Europe » ce qui n'est vrai que si on “oublie” les geysers d'Islande, les sources des solfatares italiennes… Cette fake-news se répète depuis. L'exutoire de cette source est colonisé par divers micro-organismes de couleur verte ou “rouille”. Son nom vient du verbe "parer", qui signifie en français “enlever poils, écailles et autres déchets des viandes et poissons avant leur préparation”. À Chaudes-Aigues, c'est à cette fontaine qu'on enlevait les soies des porcs qu'on venait de tuer.

Localisation par fichier kmz de la source du Par de Chaudes-Aigues (Cantal).


Chaudes-Aigues (Cantal) est réputée pour ses sources dites les plus chaudes d'Europe, ce qui est vrai si on “oublie” les geysers islandais, les sources associées aux solfatares des régions de Naples et des iles Éoliennes… Ces eaux sortent maintenant de nombreux captages aménagés depuis l'époque romaine, les derniers forages/captages ayant été faits à la fin du XXe siècle. La principale de ces sources est la source du Par, la plus chaude de toutes. Le débit total de toutes ces sources (dont la température va de 50 à 82,5°C) est d'environ 30 m3/h, dont 18 m3/h pour la seule source du Par. Ces eaux chaudes ont été utilisées pour leurs vertus médicinales par les Romains, avec un renouveau au XIXe siècles et le développement du thermalisme ; elles ont aussi été utilisées pour des usages domestiques (en particulier le chauffage des bâtiments) depuis le Moyen-Âge. Une microcentrale géothermique de démonstration a été installée entre 1978 et 1983. Un musée de la géothermie est ouvert juste à côté de la source du Par. À côté du thermalisme médical, des activités thermoludiques se développent depuis les années 2010.

On trouvera de très nombreuses données historiques, géologiques et économiques, et des références dans le rapport Amélioration de la connaissance des ressources en eau souterraine des sites thermaux - Région Auvergne - Site de Chaudes-Aigues (15) de P. Bérard, M. Loizeau, D. Rouzaire, P. Vigouroux (2002).

Dans un premier temps, nous verrons quelques photographies de la source du Par et d'un lavoir municipal (figures 1 à 6), puis divers aspects du réseau de distribution de l'eau chaude et de quelques-uns de ces usages (figures 7 à 13). Nous verrons enfin quelques traits de la géologie de ce site de Chaudes-Aigues, la majorité des figures étant des photographies prises dans le musée Géothermia (figures 14 à 26).

La source du Par et sa “gargouille”, Chaudes-Aigues, Cantal

Figure 2. La source du Par et sa “gargouille”, Chaudes-Aigues, Cantal.

En cette chaude journée d'aout 2018, cette source ne “fumait” pas, ce qu'elle fait abondamment en hiver. Des auréoles diversement colorées visualisent des auréoles colonisées par divers microorganismes, visualisant eux-mêmes un gradient de propriétés physiques et chimiques : gradient de température et/ou gradient de pouvoir réducteur quand on s'éloigne du principal flux d'eau.

Les zones couleur rouille sont colonisées par des bactéries chimiolithotrophes thermophiles qui tirent l'énergie nécessaire à leurs synthèses de réactions du type : 4 FeO (Fe2+ dissout dans l'eau) + O2 (O2 atmosphérique) → 2 Fe2O3 (Fe3+, couleur rouille) + Q (énergie). Cette énergie Q sert alors aux bactéries pour leur synthèse de matière organique comme chez tous les autotrophes.

L'auréole vert foncé intense correspond à des cyanobactéries, bactéries photosynthétiques qui tolèrent les milieux réducteurs (les eaux de la source, riches en Fe2+, sont réductrices). La zone vert jaune ou vert bronze correspond à des algues “ordinaires” comme des diatomées… qui ne peuvent pas se développer dans les eaux très réductrices trop près du point de sortie (loin du point de sortie, le Fe2+ a totalement été oxydé en Fe3+).

Des précisions sur cet effet des réducteurs sur la photosynthèse peuvent être consultées en relisant la “Station 2” de Les sources thermominérales d'Auvergne : chimiolithotrophie et photosynthèse. Le gradient de température se superpose au gradient de potentiel redox et a sans doute aussi un rôle sur la zonation biologique.




La source du Par en hiver, Chaudes-Aigues, Cantal

Figure 5. La source du Par en hiver, Chaudes-Aigues, Cantal.

On voit les mêmes choses que dans les photos précédentes, plus ou moins masquées dans des nuages d'aérosols issus de la condensation de la vapeur d'eau.


D'autres sources alimentent des fontaines publiques ici ou là dans le bourg de Chaudes-Aigues, comme ici un lavoir

Figure 6. D'autres sources alimentent des fontaines publiques ici ou là dans le bourg de Chaudes-Aigues, comme ici un lavoir.

L'eau de la source alimentant ce lavoir situé dans la partie basse du bourg sort à 70,5°C. Refroidie par l'atmosphère et mélangée à de l'eau plus froide, l'eau du lavoir est à une température plus basse compatible avec une lessive faite à la main. La couleur bleutée est vraisemblablement due à des micro-précipités de CaCO3.


Quelques maisons de Chaudes-Aigues possèdent leur source privée et s'en servent pour leur chauffage. Mais la majorité des sources, dont la source du Par, appartiennent à la municipalité. Tout un réseau d'eau chaude a été implanté au cours des siècles dans le bourg ; de nombreuses maisons bénéficiaient ainsi, moyennant redevance et/ou obligation d'entretien, d'un chauffage géothermique. Des bâtiments publics comme la piscine municipale ou l'église (construite avant 1905, l'église est propriété municipale) sont également chauffés par ce réseau. Dans les années 2010, la municipalité a choisi de privilégier les activités touristiques en refaisant un nouvel établissement thermal (à but thérapeutique) et en y ajoutant un établissement à vocation thermoludique ce qui utilise la majorité de l'eau chaude. Seules la piscine et l'église bénéficient encore de cette eau chaude municipale ; les anciennes maisons qui l'utilisaient ont dû trouver un autre moyen de chauffage.

Les soubassements de certaines rues de Chaudes-Aigues sont parcourus d'un réseau de canalisations d'eau chaude que l'on repère au dallage différent des pavés ordinaires

Figure 7. Les soubassements de certaines rues de Chaudes-Aigues sont parcourus d'un réseau de canalisations d'eau chaude que l'on repère au dallage différent des pavés ordinaires.

On voit ici l'emplacement d'une conduite d'eau chaude partant de la source du Par. Au fond, le musée Géothermia.



Entretien des canalisations municipales juste en aval de la source du Par en février 2021

Figure 9. Entretien des canalisations municipales juste en aval de la source du Par en février 2021.

Les eaux chaudes de Chaudes-Aigues sont assez faiblement minéralisées pour des eaux thermales (cf. fig. 16) mais déposent quand même du “tartre” (carbonate de calcium surtout) le long des canalisations, ce qui rend nécessaire leur entretien annuel.



L'intérieur de l'église de Chaudes-Aigues, Cantal

Figure 11. L'intérieur de l'église de Chaudes-Aigues, Cantal.

Les canalisations et radiateurs d'eau chaude sont situés sous les dalles sombres qui parcourent le sol de l'église.


L'intérieur de l'église de Chaudes-Aigues, Cantal

Figure 12. L'intérieur de l'église de Chaudes-Aigues, Cantal.

Les canalisations et radiateurs d'eau chaude sont situés sous les dalles sombres qui parcourent le sol de l'église.



Depuis une vingtaine d'années, un musée de la géothermie et du thermalisme, Géothermia, a été ouvert à Chaudes-Aigues. Nous allons vous montrer en images quelques-uns des panneaux et objets qu'expose ce musée.

Musée de la géothermie et du thermalisme, Géothermia

Figure 14. Musée de la géothermie et du thermalisme, Géothermia.

Le musée est situé juste au-dessus de la source du Par.


Comme de nombreuses maisons de Chaudes-Aigues, le musée Geothermia possède une source chaude

Figure 15. Comme de nombreuses maisons de Chaudes-Aigues, le musée Geothermia possède une source chaude.

On devine la sortie de bulles de CO2 en bas à droite de la photo. La couleur rouille du fond indique l'abondance de précipités (d'origine biologique et/ou abiotique).


Panneau du musée Géothermia indiquant la composition chimique des eaux de la source du Par

Figure 16. Panneau du musée Géothermia indiquant la composition chimique des eaux de la source du Par.

C'est l'ion HCO3, qui, en masse, est le principal ion en solution, suivi par Na+. On peut noter la richesse en ions fer dissout (Fe2+). En remontant des “profondeurs”, la pression des eaux diminue, divers déplacements d'équilibres chimiques ont lieu, du CO2 peut dégazer et du CaCO3 peut précipiter. Citons deux de ces réactions : 2 HCO3 + Ca2+ → CO2 + CaCO3 + H2O et HCO3 + Na+ → CO2 + Na+ + OH.


Panneau du musée Géothermia montrant les deux types de dépôts de CaCO3 qui précipitent dans les tuyaux

Figure 17. Panneau du musée Géothermia montrant les deux types de dépôts de CaCO3 qui précipitent dans les tuyaux.

De l'aragonite précipite quand la température est supérieure à 50°C, et de la calcite quand la température est plus basse.


Extrait de la carte géologique à 1/50 000 de Chaudes-Aigues, Cantal

Figure 18. Extrait de la carte géologique à 1/50 000 de Chaudes-Aigues, Cantal.

Le bourg de Chaudes-Aigues est bâti sur des gneiss (en vert), gneiss intrudés par le granite hercynien de la Margeride (en rose et violet) et très localement recouverts par des coulées basaltiques mio-pliocènes (en bleu). Le secteur de Chaudes-Aigues est particulièrement riche en failles et en filons de microgranite (en rouge). Failles et filons servent de drains favorisant la remontée d'eaux profondes.


Panneau du musée Géothermia expliquant la structure profonde des 5000 premiers mètres sous la ville de Chaudes-Aigues

Figure 19. Panneau du musée Géothermia expliquant la structure profonde des 5000 premiers mètres sous la ville de Chaudes-Aigues.

L'origine des eaux chaudes de Chaudes-Aigues est bien expliquée : ce sont des eaux superficielles, eaux de pluie et de fonte des neiges, qui s'enfoncent (en plusieurs milliers d'années) par un réseau de fracture jusque vers –5000 m. À cause du fort degré géothermique local (4 à 7°C par 100 m sous le centre du Massif Central, contre 3 pour la moyenne des continents), ces eaux se réchauffent jusqu'à 200°C. Elle “rencontrent” du CO2 issu vraisemblablement du dégazage du manteau dans cette région volcanique, ce qui rend ces eaux très “altérantes”. La perméabilité en grand du secteur (failles et filons), la différence de température importante entre la surface et la profondeur et les venues de CO2 génèrent un circuit convectif avec entrées des eaux superficielles sur les Monts de la Margeride et sorties au niveau de Chaudes-Aigues. Des données plus détaillées sur les eaux thermales du Massif Central sont disponibles dans Les sources thermominérales d'Auvergne : aspects géologiques.


Coupe NO-SE de la région de Chaudes-Aigues et de la Margeride indiquant le trajet suivi par la majorité des eaux “ressortant” à Chaudes-Aigues, ainsi qu'à la petite station thermale de La Chaldette (à 10 km au SSE de Chaudes-Aigues)

Figure 20. Coupe NO-SE de la région de Chaudes-Aigues et de la Margeride indiquant le trajet suivi par la majorité des eaux “ressortant” à Chaudes-Aigues, ainsi qu'à la petite station thermale de La Chaldette (à 10 km au SSE de Chaudes-Aigues).

D'après ce schéma qui résume des études géochimiques, en particulier celles de P. Caillaux et al. (1976), (références complètes dansAmélioration de la connaissance des ressources en eau souterraine des sites thermaux - Région Auvergne - Site de Chaudes-Aigues (15)), ces eaux proviennent très majoritairement des pluies et neiges des Monts de la Margeride (au Sud-Est). Une très faible proportion pourrait venir du Nord, de la périphérie du volcan du Cantal. Selon ces données, le volcanisme du Cantal ne serait donc pour rien (ou presque) dans la haute température de ces eaux. Degré géothermique élevé (qui explique la haute température des eaux) et volcanisme seraient deux conséquences de l'amincissement crustal et lithosphérique que subit le Massif Central depuis 25 Ma.

Source : P. Bérard, 1999, Inventaire des eaux thermales et minérales du département de la Lozère (France), Rapport de synthèse BRGM R40509.



La majorité des sources chaudes de la planète se trouve au fond des océans, au niveau des dorsales, ce qu'évoque cette maquette “grandeur nature” visible dans le musée Géothermia, qui a choisi de représenter l'écosystème des fumeurs noirs, avec en particulier des vers tubicoles géant Riftia pachyptila

Figure 22. La majorité des sources chaudes de la planète se trouve au fond des océans, au niveau des dorsales, ce qu'évoque cette maquette “grandeur nature” visible dans le musée Géothermia, qui a choisi de représenter l'écosystème des fumeurs noirs, avec en particulier des vers tubicoles géant Riftia pachyptila.

Ces vers, et plus précisément leur organe appelé troposome, hébergent des bactéries symbiotiques qui oxydent l'H2S émis par ces fumeurs avec l'O2 dissout dans l'eau de mer. Cette réaction d'oxydation fournit de l'énergie aux bactéries : H2S + 2 O2 → H2SO4 + Q (énergie). Cette énergie Q sert alors aux bactéries à faire leur synthèse de matière organique comme chez tous les autotrophes. Après les bactéries de la source du Par qui oxydent le Fe2+ grâce à l'O2 atmosphérique, on a là un deuxième exemple de bactéries chimiolithotrophes qui dans ce cas oxydent de l'H2S par l'O2 dissout dans l'eau de mer. Ces deux exemples ne peuvent fonctionner que parce que l'atmosphère (et la mer) sont riches en O2, ce qui n'était pas le cas avant la Grande Oxygénation, il y a 2,5 Ga. Les écosystèmes de la source du Par comme ceux des sources actuelles des dorsales ne sont donc absolument pas des équivalents d'écosystèmes archéens.


Carte postale montrant des “ménagères” allant chercher de l'eau chaude à la source du Par, Chaudes-Aigues (Cantal)

Figure 23. Carte postale montrant des “ménagères” allant chercher de l'eau chaude à la source du Par, Chaudes-Aigues (Cantal).

En plus de données géologiques, géobiologiques et industrielles sensu lato, le musée Géothermia expose des données historiques sur les sources de Chaudes-Aigues.