La méthode de profilage géologique connue sous le nom de réfraction sismique mesure le temps qu’il faut aux ondes ou aux rayons sismiques pour traverser le sol, frapper le substrat rocheux et remonter à la surface. Utilisée en géophysique, cette méthode est la plus précise pour cartographier des profondeurs inférieures à 100 pieds. En plus de mesurer la profondeur du substratum rocheux, la réfraction sismique peut donner des informations sur la qualité et la résistance de la roche.
Les ondes sismiques sont un type d’énergie de force qui se déplace à travers la terre. Ces ondes peuvent être créées naturellement, comme dans le cas des tremblements de terre, ou par des méthodes artificielles, comme les explosions. De petites ondes sismiques peuvent être créées en tirant un coup de feu au sol ou en laissant tomber quelque chose de lourd sur le sol. Si le sol tremble ou vibre, cela est dû à une onde sismique.
Dans la réfraction sismique, l’énergie est projetée dans la terre depuis la surface, généralement par des blancs tirés d’un fusil de chasse, un poids lâché sur le sol, un petit explosif ou frappant une plaque avec un marteau. Les ondes pénètrent dans le sol puis sont réfractées latéralement le long du substrat rocheux avant de rebondir vers la surface. Une série de géophones disposés en ligne droite le long de la zone testée enregistrent les vagues lorsqu’elles atteignent à nouveau la surface.
Les géophones sont de petits cylindres métalliques qui ont à peu près la forme d’une batterie, bien qu’ils soient de tailles différentes. À l’intérieur du cylindre se trouve une bobine suspendue à un ressort. De chaque côté de la bobine se trouvent des aimants. Lorsque les ondes sismiques provoquent la vibration du sol, la bobine se déplace dans le champ magnétique et l’énergie de l’onde peut être mesurée. Les ordinateurs sont souvent utilisés pour analyser les données reçues des géophones, et des graphiques traçant les temps de trajet en fonction de la distance sont créés pour calculer les vitesses.
Les vitesses donnent des informations sur le type de matériau sous la surface du sol puisqu’une onde se déplacera à travers différents types de terre à différentes vitesses. Par exemple, une onde sismique se déplacera dans l’argile à une vitesse différente de celle qu’elle se déplacerait dans le sable. C’est pourquoi les géophysiciens peuvent recueillir des informations sur les matériaux entre la surface et le substratum rocheux.
La sismique réfraction ne doit pas être confondue avec la sismique réflexion. Bien que la réflexion sismique utilise bon nombre des mêmes méthodes de test, elle recueille des images du substratum rocheux par les vagues rebondissant simplement ou se réfléchissant sur le substrat rocheux plutôt que de se disperser sous différents angles. Contrairement à la sismique réfraction, la sismique réflexion ne peut pas fournir d’informations sur l’épaisseur du matériau ou la vitesse des rayons. Il est mieux utilisé dans les environnements marins où la réfraction sismique n’est pas fiable.