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2.1.B - PHYSIQUE - Filière PC Introduction Le concours 2015 est le

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2.1.B - PHYSIQUE - Filière PC
Introduction
Le concours 2015 est le premier suivant la réforme des classes préparatoires, qui fait suite à
celle du lycée. Le bilan de ce premier oral en filière PC est plutôt positif. L’écrit a très bien
joué son rôle. L'ensemble des candidats admissibles s'est comporté de façon satisfaisante. Le
jury a particulièrement apprécié la rigueur et l’honnêteté intellectuelle de la majorité des
candidats ainsi que leur sérénité.
Le jury est conscient des efforts gigantesques accomplis par les candidats (et leurs
professeurs), privés, compte tenu des programmes du lycée, d’un grand nombre d’éléments
de formation dans leurs études secondaires. Il est plus que probable que ceux qui ont bénéficié
d’un enseignement « à l’ancienne » se sont trouvés favorisés dans la mesure où cela leur a
permis de mieux dominer le sujet. La préparation de l’oral exigeant de physique, a permis aux
candidats de franchir une marche élevée. Dans leur très grande majorité ils ont montré leur
capacité à entrer dans une école du concours Mines Ponts et à profiter de l’enseignement de
haute qualité de ces écoles.
L’oral de physique aux Mines, est, depuis qu’il existe, l’occasion de résoudre (ou de chercher
un cheminement en vue de résoudre) un ou des problèmes. Selon les examinateurs, le
candidat peut être également invité à présenter une question de cours, avec ou sans
préparation.
Remarques Générales :
Les interrogations comportent des questions qualitatives (homogénéité, ordre de grandeur,
approche expérimentale...) des questions de cours, des exercices classiques ou moins
classiques, « prétexte » pour développer une « attitude de physicien ». Les candidats doivent
savoir qu'il n'est pas toujours nécessaire de résoudre complètement l'exercice proposé : le jury
est attentif par exemple à l'analyse de la situation physique, aux approximations et à leur
justification, aux parallèles qui peuvent être établis, à la présentation (on peut dire à la
construction) d'une méthode justifiée par la modélisation, à la capacité du candidat à réagir
aux indications fournies ou à rectifier de lui-même, d'éventuelles erreurs. Le jury est sensible
aussi aux candidats qui font l'effort de synthétiser leurs idées, ou de présenter l'idée directrice
ou encore leur démarche en préliminaire d'un calcul.
Les examinateurs apprécient les candidats qui essayent d'évaluer à l'avance si une voie peut
s'avérer fructueuse ou manifestement sans issue (car ne faisant pas intervenir les grandeurs
caractéristiques du problème, ou les conditions aux limites si celles-ci sont essentielles, etc.).
L'épreuve d'oral est un dialogue entre candidat et examinateur, mais précisons que le candidat
doit faire les premiers pas, c’est-à-dire faire preuve d'initiative. Il ne doit pas s’attendre à être
guidé pas à pas, ou laisser l'examinateur faire son choix parmi diverses idées émises de façon
trop superficielle. Les indications données sont souvent volontairement vagues, juste pour
mettre le candidat sur la piste et lui laisser « découvrir » par lui-même, une marche à suivre.
La difficulté est entre autre, qu'il faut être à la fois réfléchi et entreprenant.
L'oral ne se déroule pas comme un écrit : si l'énoncé d'un exercice est découpé en sousquestions c'est pour ordonner et faciliter l'étude, et pas pour permettre de grappiller les points
de questions ultérieures sans avoir résolu les premières. L'énoncé d'un exercice peut être au
contraire très bref : description d'un système suivi de la mention, « étudier ».
Certains candidats sont considérablement ralentis dans leur réflexion par un défaut de
maîtrise de certains outils de « calcul » et un manque de manipulation des concepts : c'est
vraiment dommage.
On aurait pu penser qu’avec le nombre de pages consacrées dans le programme officiel à des
« incantations » sur les compétences, ainsi qu’à une liste se voulant exhaustive, de points
utiles dans une résolution de problème, on observerait une nette amélioration dans la
résolution de questions ouvertes. C’est le contraire qui s’est produit. Les planches
traditionnelles sont mieux traitées que les planches qui contiennent des questions ouvertes.
L’invocation de ce qu’il faut faire ne peut remplacer pour les candidats une acquisition de
longue haleine des concepts pointus (il serait délicat de vouloir expliquer à un footballeur les
compétences nécessaires pour dribler après lui avoir coupé les jambes).
La baisse importante de la maîtrise des techniques de calculs élémentaires est accompagnée
d’une baisse de l’esprit d’analyse d’une situation physique, pourtant clairement décrite dans
l’énoncé de l’exercice proposé à l’oral. Une analyse qualitative ne doit pas se limiter à une
liste brute des formules ou théorèmes potentiellement utilisables.
Les candidats doivent prendre le temps d’examiner les variables pertinentes permettant de
construire les paramètres qui vont conditionner l'évolution d’un système. Par exemple, s’il
s'agit d'étudier l'effet d'un champ magnétique sur l'évolution d'un système, il peut être
profitable de décrire rapidement son évolution en l'absence de ce champ…
Les candidats les plus compétitifs, inventifs, performants aussi sur les questions ouvertes,
sont ceux qui dominent les outils « à l’ancienne », et préfèrent le savoir-faire au « faire
savoir ». Utiliser des arguments quantitatifs et non seulement de vagues idées fumeuses est
payant lorsqu’il s’agit de « justifier rigoureusement » quelque chose...
D’autre semblent bridés, et pourraient exposer plus clairement et de façon plus concise leur
question de cours : le langage ne doit pas être approximatif, et les termes employés
« scientifiques ». Il vaut mieux ne pas se limiter à une suite de calculs parsemés d’erreurs,
mais bien dégager l’aspect physique. Le jury souhaite qu'il y ait au moins un plan, avec une
introduction, un développement et une conclusion ; en situer le contexte et l'intérêt est aussi
apprécié.
Les candidats maîtrisent davantage les domaines vus en deuxième année. Les parties non
reprises en deuxième année (comme l’optique géométrique, une partie de la mécanique du
point par exemple) demandent un travail de révision plus approfondi. Les points nouveaux du
programme n’ont pas posé de problème particulier et les candidats étaient plutôt à l’aise.
Finalement, au niveau de l’oral de physique, ce qui compte pour les examinateurs, c’est la
solidité des connaissances et concepts ainsi que leur appropriation par le candidat, le fait
qu’il ne fasse pas une « bouillie » entre qualitatif vaseux et modélisation, et, bien entendu, la
façon dont le candidat est arrivé à cette maîtrise au cours de ses études ne peut être, et n’est
pas évaluée.
Il est rappelé qu'on ne dit pas par exemple : « On a que », et que certaines liaisons sont
farfelues : « sera (t)égal... »
Remarques Particulières : Observations liées au programme :
Dans ce qui suit sont évoqués quelques points qui ont été moins bien traités par les candidats.
Le nouveau programme est assez « touffu » et il semble que les candidats aient pris plaisir à
l’étudier.
Mécanique du point
Les exercices de mécanique du point méritent d’être davantage travaillés. Ils sont en plus
formateurs. Par exemple, une accélération nulle n’est pas « synonyme » d’une absence de
mouvement.
On rappelle qu'il convient de bien indiquer le système, le référentiel, le caractère galiléen ou
non de celui-ci et ce qui peut justifier une méthode plutôt qu'une autre. Penser à faire le lien
entre les équations en dénombrant les inconnues.
Il faut penser à « transposer » des cas particuliers étudiés, comme le mouvement de satellites à
des situations analogues.
Lorsque la vitesse aréolaire est constante, le mouvement n’est pas nécessairement elliptique.
L’étude du « Pendule simple », en plus d’une description des petites oscillations, doit
évoquer les oscillations de grandes amplitudes, les mouvements de révolution et leurs
représentations dans l'espace des phases.
Les schémas sont toujours bienvenus, et, s’interroger sur le plan de coupe le plus pertinent
pour l’étude, choisir des angles positifs petits afin de bien distinguer sinus et cosinus permet
d’éviter des erreurs.
Mécanique du solide
Il ne faut pas oublier que le poids de l'objet A en contact avec l'objet B ne " s'applique " pas
sur B : il faut faire intervenir la réaction qui n'est pas a priori l'opposée du poids...
Mécanique des fluides
L’origine physique de la poussée d’Archimède mériterait d’être connue, l’expression du
nombre de Reynolds aussi.
Mécanique quantique
La MQ, bien que calculatoire semble être bien passée. Une petite difficulté est apparue pour
le passage d’états stationnaires à la description d’évolutions dans le temps.
Il convient de prendre garde à l’abus de langage usuel en physique quantique consistant à
parler de potentiel plutôt que d’énergie potentielle.
Les candidats doivent avoir entendu parler de l’oscillateur harmonique quantique (cité
seulement par le programme) sans bien sûr avoir à faire seul, un quelconque traitement dans
le cadre de l’équation de Schrödinger. Une évaluation, de l’énergie minimale de l’oscillateur
mécanique quantique est au programme.
Il ne faut pas confondre la relation de dispersion pour l’onde associée à une particule
matérielle et celle associée aux ondes électromagnétiques.
Electromagnétisme
Les questions d'électromagnétisme sont assez bien traitées, mais l'algébrisation des variables
lors de l’étude de phénomènes d’induction mérite d’être soignée. De façon générale,
l’induction semble moins bien dominée cette année. Le signe de la f.e.m induite et l'aspect
bilan énergétique sont à approfondir par certains candidats.
Un ordre de grandeur pour l’épaisseur de peau pour le cuivre à 50 Hz, mérite d’être connu ou
retrouvé rapidement.
La présentation du modèle de Thomson (polarisabilité) et le calcul de l’énergie de constitution
du noyau atomique ont posé des difficultés.
La formulation locale des équations de Maxwell peut être utile dans les géométries simples.
Au contraire, lorsque l’expression d’un opérateur vectoriel n’est pas fournie, les formulations
intégrales peuvent être efficaces. L’étude des symétries, pour exploiter le théorème de Gauss
ou d'Ampère doit être proprement effectuée.
Il est bon de savoir ce qu’est l’ARQS, les phénomènes physiques dont elle permet de
s’affranchir, ainsi que les conséquences mathématiques sur le mode de calcul des champs.
Le lien entre conservation de la charge et l’équation de Maxwell-Ampère est à connaître.
Une surface fermée délimite un volume. Il est utile de savoir définir des tubes de champ
adaptés pour exploiter la nullité d’une divergence.
Ondes
Il faut savoir pourquoi la vitesse de phase est égale au quotient de la pulsation d’une OPPH à
son vecteur d’onde, et d’où vient l’expression de la vitesse de groupe.
Pour la corde de Melde, le vibreur est plus proche d’un nœud que d’un ventre.
Attention à ne pas confondre les coefficients de réflexion/transmission en amplitude et en
puissance.
Optique
Il faut bien connaître les conditions d'obtention d'un phénomène.
Un interféromètre de Michelson peut être étudié avec une source ponctuelle, de même que le
remplacement d’un miroir par une surface réfléchissante non plane, comme un
« miroir » sphérique par exemple.
Il ne faut pas oublier que les phénomènes d'interférences se rencontrent aussi dans d'autres
domaines que l'optique...
« L’étude d’un réseau unidimensionnel de transmission sinusoïdal étant essentiellement
expérimentale », il est important de pouvoir présenter un dispositif expérimental précis.
Les figures d'optique géométrique doivent être soignées. La réflexion totale est parfois mal
maitrisée. L’interprétation ondulatoire simple(PCSI) des lois de Descartes est souvent
ignorée.
L’observation effective des effets de la diffraction (par exemple, pour la traversée d’une
ouverture de dimension caractéristique a) nécessite de comparer lambda/a à un autre
paramètre tel que le pouvoir séparateur de l’œil.
Thermodynamique
Les questions sur les transferts thermiques sont en général bien traitées. Quelques ordres de
grandeurs sur les conductivités des différents matériaux qui nous entourent méritent d’être
connus.
Les candidats doivent insister sur l’étude des cycles et des machines thermiques qui posent
parfois des difficultés.
Préciser le système (par exemple lorsque le premier principe est utilisé), en particulier en
présence de fluide en écoulement est obligatoire.
Electronique, électrocinétique
Le comportement de composants nouveaux peut être défini et il est demandé au candidat de
travailler avec ce « nouvel » objet. Les outils restant ceux du programme.
Laser
Les questions sur le fonctionnement du Laser se sont révélées difficiles. La nécessité de
l’inversion de population doit être mieux maîtrisée.
L’association avec le modèle de l’oscillateur de Wien, ne semble pas toujours naturelle.
Outils
On attend contextualisation et organisation (tableau, plan, éventuellement couleurs). Les
candidats doivent s’interroger sur l’ordre pertinent pour un développement limité avant de
s’engager dans un calcul. Par exemple, la surface d’un secteur angulaire d’un disque doit être
retrouvée facilement.
Conclusion
Le rapport n’a pas trop insisté sur les nombreuses questions bien, ou très bien traitées par les
candidats !
Les futurs candidats sont invités, en vue de l'oral, après avoir bien assimilé les différentes
parties du programme, à prendre du recul en essayant de faire le lien entre les domaines
étudiés et à continuer à se poser des questions sur les modèles et sur les applications
concrètes.
Le jury espère que les futurs candidats, d’origines géographiques les plus diverses possibles,
auront la même pugnacité dans leur apprentissage de la physique que leurs aînés. Ils pourront
ainsi intégrer une des excellentes Ecoles du Concours.
Bon courage à tous.
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