Au niveau le plus profond des thermes, les archéologues ont pu identifier des espaces techniques dans lesquels œuvrait le personnel des thermes et qui comprenaient un réseau hydraulique (égouts et système de chauffage des thermes). Ces espaces techniques, non visibles et non accessibles aux baigneurs qui fréquentaient les thermes, avaient pourtant des fonctions essentielles au bon fonctionnement des différentes salles.
Ces espaces techniques sont constitués de petites salles, des caves desservies par des couloirs. Ici construit en opus vittatum, superposition de petits moellons calcaires, l’appareillage des murs diffère de celui du frigidarium. La voûte, construite en opus caementicium, ciment romain composé d’un mélange de fragments de pierre ou d’éléments en terre cuite et de mortier, a gardé les empreintes des planches de bois qui ont servi au coffrage.
Ces caves servaient notamment à conserver le bois, les onguents, les serviettes et tout le nécessaire au bon fonctionnement de l’établissement thermal et au bien-être des baigneurs. Comme en témoigne l’entrée éventrée de trois des caves, celles-ci furent réutilisées plus tardivement, aux époques médiévale et moderne afin de conserver des marchandises. On observe en plusieurs endroits de ces structures souterraines des reprises architecturales des habitants de l’îlot urbain au Moyen Âge, à des fins de soutien de l’architecture romaine fragilisée.
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Au bas des parois des couloirs, un petit débordement correspond à l’ancrage d’un plancher, attestant que le niveau de circulation actuel est inférieur au sol sur lequel circulaient les employés des thermes. Sous ce plancher, passait une conduite d’égouts, permettant l’évacuation des eaux sales des différents bassins ainsi que les cendres des fourneaux. Le fond du canal était généralement dallé de briques ou de tuiles plates, appelées tegulae. La conduite traversait tout le bâtiment, du sud vers le nord, et rejoignait un égout collecteur qui ceinturait les thermes et permettait également d’évacuer l’eau de pluie. Cette conduite d’égouts est encore partiellement conservée.
Les sous-sols des thermes renfermaient également le système de chauffe des salles tiède (tepidarium) et chaude (caldarium). On l'appelle l’hypocauste. Encore partiellement visible dans l’espace sud des thermes, il fonctionne à partir d’un foyer, appelé praefurnium situé à l’extérieur du bâtiment, dont l’un est encore conservé sous le trottoir du boulevard Saint-Michel. Soutenu par des pilettes de briques, le sol s’appuyait sur un plancher, appelé suspensura. La chaleur dégagée par les foyers circulait sous le sol des pièces à chauffer. Mais l’air chaud passait aussi le long des murs des thermes, et ce par l’aménagement d’une double paroi formée de briques creuses, appelées tubuli, dans lesquelles il circulait. Ces briques traversaient les voûtes des salles chaudes pour se transformer en cheminées d’évacuation des fumées et des gaz.
