Resumen de Genesis and functioning of the Aix-les-Bains hydrothermal karst (Savoie, France): : past research and recent advances

Fabien Hoblea, Stéphanie Gallino, Philippe Audra

• English

  Aix-les-Bains (Savoie, France) owes its name and reputation to the thermal springs that occur along the eastern shore of Lake Bourget, France largest natural lake. Although the city waters have been exploited since Antiquity, scientific investigations into the nature and characteristics of the hydrothermal karst from which they emerge did not begin until the early 19th century. The present article traces the history of these investigations and summarizes the results of more than two centuries of scientific research.

  Today, the only visible signs of karstification related to hydrothermal flows are to be found in the discharge zone in the Urgonian limestone anticline that rises above the city centre. These features are:

  - the Grotte des Serpents, which houses the Alun Spring, the system main natural discharge, - the Chevalley Aven, a blind chimney that was accidentally uncovered in 1996, - other hydrothermal springs that are too small to enter, including the Soufre Spring.

  Although scientific investigation of the thermal springs at Aix-les-Bains began in the early 19th century, it was not until the 1920s that scientists started examining the relationship between karstification and the state of the aquifer. E.A. Martel was the first researcher to describe the Aix-les-Bains site as an active hydrothermal karst, in a pioneering study published in 1935. Sixty years later, the discovery of the Chevalley Aven during building work on a new hydrotherapy center gave fresh impetus to research into the karstification of the Aix-les-Bains thermo-mineral aquifer. Recent studies have also investigated the deep aquifer below the karst, using data provided by boreholes.

  The Urgonian limestone karst at Aix-les-Bains is the site of mixing between thermal waters rising through the anticline and meteoric waters percolating from the surface. Meteoric infiltration is sufficiently high for the hydrological behavior of the thermal springs to be identical to that of exsurgences in gravity-fed, cold-water transmissive karsts.

  The Chevalley Aven is a shaft that descends 30 meters below the surface, thereby providing access to the ground-water at depth. Monitoring of the water quality in the aven has shown that the Legionella contamination of the springs was due to high concentrations of the bacteria in upstream passages in the karst.

  In 2006, dye-tracing tests confirmed the existence of a hydraulic connection between the Chevalley Aven and the Alun and Soufre Springs, the fact there is a single ascending hydrothermal conduit, which lies between the Chevalley Aven and the Alun Spring.

  In addition to providing a valuable source of information about the functioning of the thermo-mineral aquifer, the cavities at Aix-les-Bains are of great karstological interest, especially for the study of hypogene speleogenetic processes. The circulation of warm (40°C), sulfur-rich waters and vapors through the system has led to the development of conduits with specific morphologies and the precipitation of characteristic deposits. These features include:

  - "beaded" chimneys and galleries formed by the linking of spheres produced by condensation-corrosion. Diffuse karstification along bedding planes around the main conduit;

  - deposition of non-carbonate minerals (gypsum, native sulfur);

  - formation of biothems and biofilms on walls subject to condensation.

  The Grotte des Serpents is a horizontal cavity that formed at the upper limit of the water table.

  The Chevalley Aven is a hypogene chimney that was sculpted under vadose conditions by the release of sulfuric acid-rich vapors above the thermal water table.

  As well as a surface coating of microbial mats and the presence of bacterial flakes in the thermal water, the vadose parts of the Aix-les-Bains hydrothermal karst contain a characteristic microfauna and flora. These microorganisms are thought to play an active role in hypogene karstification processes.

• français

  Cet article dresse un historique et une synthèse des connaissances sur le karst hydrothermal d'Ax-les-Bains (Savoie, France).

  Les manifestations visibles de la karstification liée aux circulations hydrothermales se limitent actuellement aux alentours de la zone d¿émergence, sur le flanc du dôme anticlinal de calcaires urgoniens qui domine le centre-ville. Ces phénomènes sont:

  - la grotte des Serpents, qui contient la source d'Alun, principale émergence naturelle du système, - le gouffre Chevalley, cheminée aveugle trépanée fortuitement en 1996, - d'autres sources et griffons hydrothermaux impénétrables, principalement la source de Soufre.

  L'approche historique montre que les premières approches scientifiques des sources thermales d'Aix remontent au début du XIXe siècle. Ce n'est qu'à partir des années 1920 que les scientifiques s'intéressent aux interactions entre la karstification et l'état de l'aquifère. En 1935, E.A. Martel est le premier karstologue à s'intéresser au site d'Aix comme exemple de karst hydrothermal actif. Soixante ans plus tard, la découverte du gouffre Chevalley sur le site des nouveaux thermes, relance les études sur la karstification de 1'aquifère thermo-minéral d'Aix, en complément des investigations de 1'aquifère profond menées grâce aux forages d'exploitation.

  L'Urgonien karstifié de 1'anticlinal d'Aix-les-Bains constitue une zone de mélange des remontées d'eaux thermales et des infiltrations de surface.

  Du fait de ces infiltrations dans les calcaires, les sources thermales ont un comportement hydrologique identique aux émergences des karsts transmissifs à eaux gravitaires froides.

  Le gouffre Chevalley offre à 30 m de profondeur un regard sur la nappe thermale. Le suivi de la qualité bacté de l'eau dans le gouffre a révélé l'état avancé de colonisation des conduits karstiques par les légionnelles, en amont des sources chroniquement contaminées.

  La liaison hydraulique entre le gouffre Chevalley et les sources d'Alun et de Soufre a été démontrée par traçage en 2006. Celui-ci a également montré l'unicité du tronc hydrothermal ascendant, situé entre le gouffre Chevalley et la source d'Alun.

  Outre leur contribution à la compréhension du fonctionnement de la partie supérieure de l'aquifère thermo-minéral, les cavités aixoises offrent également un grand intérêt karstologique, notamment pour l'étude des processus de spéléogenèse hypogène. Celle-ci, du fait de la température (autour de 40 °C) et du chimisme des eaux sulfureuses et des vapeurs générées, façonne des conduits à la morphologie et aux dépôts caractéristiques:

  - cheminées et galeries ganglionnaires formées d'une succession de coupoles liées principalement à une spéléogenèse par condensation-corrosion. Karstification diffuse sur les plans de stratification autour du drain principal ;

  - formation et dépôts de minéraux non carbonatés (gypse, soufre natif) ;

  - formation de biothèmes et biofilms pariétaux dans les parties exondées soumises à la condensation.

  La grotte des Serpents est une cavité horizontal formée en limite supérieure de la surface piézométrique.

  Le gouffre Chevalley serait une cheminée hypogène modelée en régime vadose sous l'effet des dégazages chargés d'acide sulfurique au-dessus de la nappe thermale.

  Outre la barégine formant un voile et des flocons bactériens dans l'eau thermale, les cavités du karst hydrothermal d'Aix-les-Bains contiennent dans leur partie exondée une microfaune et des micro-organismes particuliers. Ces derniers sont soupçonnés d'être actifs dans les processus de karstification hypogène.