Si l'exploitation des sources salées à Salins-les-Bains remonte au moins au Moyen Âge, leur utilisation à des fins médicinales n'est pas antérieure au 19e siècle. Il s'agit de sources froides (16°C) qui doivent être chauffées pour être utilisées, sauf lorsqu'elles sont consommées en boisson.

Construction du premier établissement thermal (1850-1854)

Jean-Marie de Grimaldi est de retour d'Espagne en 1836. À la suite de l'adoption de la loi du 21 avril 1840 qui généralise le principe des concessions des salines nationales, il acquiert celle de Montmorot, puis celle de Salins et d'Arc-et-Senans en 1843. Les trois salines fusionnent avec celles de Dieuze, Vic et Moyenvic (Meurthe) et sont réunies au sein de la Compagnie des anciennes salines nationales de l'Est (société en commandite par actions) en 1848. Parallèlement, le médecin-géologue Claude-Marie Germain commence à faire des soins avec l'eau salée dans son cabinet, puis à l'hôpital. L'eau est utilisée pour des bains, mais aussi consommée en boisson. En 1850, il présente un rapport sur les eaux de Salins à l'Académie de Médecine, dont un résumé est présenté dans un premier ouvrage, Des Propriétés médicales des sources minérales de la saline de Salins et de leurs eaux-mères sodo-bromurées (1850). Il caractérise les eaux, qui sont salées et riches en bromure de potassium, et les compare à celles de Bourbonne-les-Bains, Balaruc-les-Bains ou encore Wiesbaden. Quatre ans plus tard, il fait paraître un second ouvrage sur le même sujet, Sources minérales, eaux-mères sodo-bromurées de la saline de Salins (1854).

Programme

Le projet de Grimaldi de faire construire un établissement thermal est déjà évoqué dans le premier ouvrage de Germain (1850) : "Les travaux pour creuser une piscine et élever une buvette, alimentées par les eaux faibles des sources, doivent être incessamment en voie d'exécution ; [...] si le devis actuel des travaux à exécuter n'est pas modifié, 25 cabinets de bains seront mis d'abord à la disposition des malades". Les travaux, qui visent à transformer les bâtiments de la Petite Saline, semblent avoir été lents. Dans le journal Le Salinois du 17 mars 1850, ils sont en cours ; le 16 janvier 1853, ils ne sont pas encore achevés. D'après l'avant-propos du second ouvrage de Germain (1854), l'établissement thermal existe en 1853. L'ouverture officielle n'a toutefois lieu que le 1er juillet 1854. L'auteur du projet de ce premier établissement thermal n'est pas connu. Audiffred et Dumoulin (1861) ne donnent que le nom de l'architecte de l'hôtel, Borne (sans doute François-Joseph Borne, architecte actif à Salins autour de 1860). Rien ne prouve en revanche qu'il soit également l'auteur du projet de l'établissement thermal. La spécificité du programme pourrait avoir encouragé Grimaldi à faire appel à un architecte originaire d'une autre région.

D'après Germain (1854), l'établissement comprend vingt-huit cabinets de bain séparés par une galerie centrale, deux cabinets de douche descendante et un cabinet de douche ascendante. La représentation la plus ancienne de l'établissement thermal, publié dans l'Album universel des eaux minérales et des bains de mer de Bernis, montre que l'édifice s'élève sur un seul niveau, que l'on y accède par la façade orientale, côté jardin, et que la galerie centrale est couverte d'une verrière. Une "vaste piscine minéralisée qui contient dix-huit cases avec leurs vestiaires" est également mentionnée. D'après Audiffred et Dumoulin (1861), la piscine a une capacité de 86.000 litres et une profondeur d'1m30. Comme elle est unique, elle est occupée alternativement par les hommes et les femmes. L'établissement est enfin surmonté d'une tour de plan octogonal de 15 mètres de hauteur qui sert de château d'eau : l'eau des quatre bassins au sommet alimente les douches par gravitation. On peut supposer que l'établissement thermal correspond déjà, dans ces grandes lignes, à celui visible sur le plan du rez-de-chaussée de Charles Claude Chaffesey (1883). La comparaison de ce plan avec celui de la Petite Saline relevé par Charles Narcisse Perrard (1841) montre que l'implantation des bâtiments n'a pas été bouleversée. La règle semble avoir été le remploi des édifices existants : le corps de bâtiment abritant les cabinets de bain et de douche est l'ancien dépôt des bosses, et la piscine a été construite à l'emplacement de l'ancienne citerne qui avait déjà un plan circulaire. Seule la tour, à la jonction des deux parties, est une création ex nihilo. Chacune des parties possèdent à cette époque sa propre entrée. La cour est bordée à l'ouest par le Grand Hôtel des Bains.

Les décors intérieurs sont évoqués dans l'article du Dictionnaire des communes, qui indique que les travaux ont été commandés par Grimaldi et réalisés entre 1853 et 1855 : "[Le] bâtiment renferme les cabinets des bains, la chaudière et la piscine. Il est précédé d'un atrium couvert, orné de colonnes en fonte. Les cabinets, au nombre de vingt-six, sont tous décorés de peintures à fresque qui imitent des marbres étrangers de diverses nuances, et sont accompagnés de toutes les annexes désirables. Un côté est destiné aux hommes et l'autre aux femmes. Il y a trente-et-une baignoires qui sont toutes en pierre polie d'un seul bloc. À l'extrémité de ce bâtiment est la piscine, qui passe pour être la plus belle de France. Elle a seize côtés et est entourée de dix-sept cabinets à l'usage des baigneurs. La partie supérieure, en forme de coupole, est percée de seize fenêtres. Des colonnes toscanes sont la principale décoration de ce monument. Le bassin, construit en beaux matériaux, offre par son étendue de grandes facilités pour les exercices de la natation."

Eaux-mères et eau de source

Le 5 février 1856, l'Académie de Médecine rend un avis favorable à l'utilisation des eaux-mères (résidus de la cuisson des eaux salées du Puits d'Amont et du Puits à Grès après évaporation, à la Grande Saline voisine). En 1860, un accord (dit "contrat Lillo") est signé entre la Compagnie des anciennes salines nationales de l'Est et la société Rodriguez, qui gère alors l'établissement thermal. Le principe de l'utilisation des eaux-mères reste en vigueur jusqu'à la fermeture définitive de la Grande Saline en 1962. Pour être utilisées, les eaux-mères sont mélangées avec celles du Puits à Muire, situé sous le Grand Hôtel des Bains. En 1859, le réservoir Saint-Jean est construit pour contenir l'eau utilisée dans l'établissement thermal. Les travaux sur les eaux et leurs vertus, initiés par Claude-Marie Germain, sont poursuivis par Auguste Dumoulin, médecin-inspecteur de l'établissement thermal des années 1860 aux années 1880. Il publie au moins trois traités médicaux sur le sujet (1860, 1863 et 1865) ainsi qu'un guide à l'usage des baigneurs (1861).

L'établissement thermal est également alimenté en eau douce, provenant de la source de la Fourmandaise.

D'une inauguration à l'autre (1858-1935)

Une nouvelle inauguration de l'établissement thermal a lieu en juin 1858. Cette nouvelle étape correspond sans doute moins à l'achèvement d'une nouvelle campagne de travaux qu'à un changement dans la gestion de l'établissement, après le rachat par Grimaldi, pour son compte personnel, de l'établissement à la Compagnie des anciennes salines nationales de l'Est le 17 juin 1855. En 1859, la Ville fait frapper une médaille en hommage à Grimaldi pour commémorer l'évènement. Le 30 décembre 1858, Grimaldi rétrocède l'établissement thermal à la Compagnie des anciennes salines nationales de l'Est, mais il le prend à ferme.

Modes de gestion

Le 23 janvier 1860, une société dédiée à la gestion de l'établissement thermal est créée : la Société des Eaux sodo-bromurées de Salins et des Eaux sulfuro-alcalines de Lons-le-Saunier, dite Société Rodriguez (du nom de l'un des associés qui est le gérant). Cette société associe Grimaldi (qui apporte l'établissement thermal) et Lillo (qui apporte le Grand Hôtel des Bains). Au retrait de ce dernier le 6 novembre 1871, elle est transformée en société anonyme au capital de 600.000 francs, la Société Propriétaire des Eaux Minérales de Salins, dont les actions sont partagées entre Grimaldi, ses enfants et Rodriguez. Elle est dissoute le 24 mars 1880.

Du 3 novembre 1881 au 14 avril 1920, l'ensemble composé de l'établissement thermal et du Grand Hôtel des Bains est la propriété de la Compagnie Générales d'Eaux Minérales et de Bains de Mer. L'entreprise a une importance nationale, puisqu'elle possède d'autres établissements thermaux et d'autres hôtels en France, et notamment à Vichy.

En 1920, l'ensemble est de nouveau la propriété d'une entreprise locale qui tente de relancer l'activité. Le 16 avril 1928, la Société anonyme des Eaux minérales de Salins (qui détient le bail emphytéotique de l'établissement thermal et du Grand Hôtel des Bains) et la Société immobilière des Cités, Villas et Hôtels de Salins (qui détient le bail emphytéotique du fort Saint-André, qu'elle projette de transformer en hôtel) fusionnent et donnent naissance à la Société thermale, hôtelière et climatique de Salins-les-Bains et de Franche-Comté (capital : 2.648.000 francs) ; son siège est transféré de Salins-les-Bains à Besançon en 1930. La Ville acquiert finalement l'ensemble le 9 février 1934, ce qui marque l'aboutissement de l'implication des autorités locales dans le thermalisme. Pour le compte de la Ville, l'établissement thermal est d'abord géré via un bail par Jean Baptiste Beltramo, puis passe en régie directe le 5 mai 1955.

Travaux réalisés

Les travaux réalisés au cours de la période sont difficiles à dater. Le 17 septembre 1883, Charles Claude Chaffesey fait un relevé de l'établissement thermal. Celui-ci comprend alors un rez-de-chaussée, mais aussi un étage qui double approximativement le nombre des cabinets. Cet étage est organisé comme le rez-de-chaussée : les cabinets sont distribués de part et d'autre d'un couloir central. Un escalier composé de deux rampes droites parallèles prend place au centre du bâtiment, face à l'entrée qui est toujours en façade orientale.

Reconstruction de l'établissement (1934-1935)

La Ville, désormais propriétaire de l'établissement thermal, demande à l'architecte René Tournier un grand projet de rénovation. Ce projet est connu par des plans, et des photographies permettent de connaître l'état du nouvel établissement thermal après son inauguration le 16 août 1935. Il consiste à reconstruire l'ensemble des bâtiments du milieu du 19e siècle, tout en conservant l'implantation générale sur la parcelle. La piscine de plan circulaire est détruite, mais la tour de plan octogonal est conservée. Un nouveau corps de bâtiment au sud, bâti à l'arrière de la fontaine Truchot, comprend une grande piscine de 225 m3 couverte d'une voûte en béton armé. L'ancienne entrée, côté cour, est supprimée et une nouvelle entrée est créée en façade occidentale, côté rue. Elle donne accès à un vestibule au fond duquel est situé l'escalier principal. Le nouvel établissement comprend 38 cabinets de bain, toujours alimentés par les eaux-mères mélangées à celle du Puits à Muire.

Rénovation de l'établissement (1993-1994)

L'établissement thermal est rénové en 1993-1994. Une nouvelle entrée est créée sur la place des Alliés et de la Résistance. Un plafond est posé au-dessus de la piscine, et l'étage ainsi créé devient un vestiaire. La tour de plan octogonal est arrasée, et un escalier en vis est créé à l'intérieur. L'ancien escalier est supprimé. Une piscine de mobilisation est créée à l'extrémité nord. La façade du côté de la place des Bains est entièrement habillée de panneaux.

L'établissement thermal ferme ses portes à la suite de l'inauguration d'un nouveau site, Therma Salina, en février 2017.