PHYSIQUE - Filière MP

2 - PHYSIQUE
2.1 - Épreuves orales
2.1.A – PHYSIQUE - Filière MP
I) REMARQUES GENERALES
Ce rapport est destiné à aider les futurs candidats au concours Mines Ponts à préparer l’oral dans
de bonnes conditions et en particulier, à préciser les attentes et les exigences des examinateurs de l’oral.
Sur le déroulement de l’épreuve
La durée de l’épreuve est d’environ une heure au tableau, avec un temps de préparation compris
entre quinze et trente minutes selon les examinateurs.
L’épreuve consiste en la résolution d’un exercice et dans la présentation d’une question de cours,
cette dernière étant remplacée par un second exercice pour certains examinateurs. Elle se déroule en
respectant strictement le programme des classes préparatoires MPSI – MP.
La préparation peut porter, soit sur l’exercice, soit sur la question de cours, soit sur l’ensemble,
selon les examinateurs.
Sur les attentes et exigences des examinateurs
Le candidat à l’oral du concours Mines Ponts doit posséder une bonne connaissance du cours de
l’ensemble du programme de Sciences Physiques des deux années de préparation. En ce sens, il est
nécessaire, mais certainement insuffisant, de connaître les formules essentielles du cours. Insuffisant dans
la mesure où il s’agit également d’en connaître strictement les conditions de validité, ainsi que la
signification précise de chaque terme employé dans les formules littérales. Il faut de plus, savoir en tirer
le sens physique et réfléchir sur la portée de son champ d’application. L’intérêt le plus grand doit en
particulier être apporté à la dimension ou à l’unité des grandeurs mentionnées.
Pour la résolution d’un exercice l’examinateur attend :
- Une analyse qualitative du problème physique proposé (prédiction a priori du résultat attendu,
paramètres influençant ce résultat…).
- Une proposition de méthode de résolution, après éventuellememnt discussion avec l’examinateur.
- La mise en équation du problème en utilisant strictement les outils au programme.
- La résolution « mathématique » dans des cas simples.
- L’analyse critique des résultats obtenus (et en particulier la cohérence avec les prédictions
initiales).
Pour la présentation d’une question de cours, l’examinateur attend :
- Une mobilisation rapide et synthétique des connaissances sur le sujet proposé.
- Un plan cohérent.
- Une présentation de l’ensemble des résultats qualitatifs et quantitatifs au programme sur le sujet.
- Un exemple ou une application succincte.
- Une connaissance des ordres de grandeur.
Sur le comportement du candidat
Répétons que l’oral n’est pas un « écrit au tableau ». Il s’agit de dialoguer avec l’examinateur, de
proposer des méthodes de résolution et d’être attentif aux remarques faites par ce dernier. L’examinateur
n’est pas là pour déstabiliser le candidat, mais bien le plus souvent pour l’aider en cas de difficultés, en lui
donnant certaines indications. Il jugera alors l’aptitude du candidat à utiliser judicieusement ces
indications.
Par ailleurs, une bonne expression orale, claire et rigoureuse, ainsi bien sûr qu’une tenue correcte,
font partie des exigences attendues pour l’oral d’un concours de ce niveau.
Sur les erreurs sévèrement sanctionnées
Répétons encore dans ce rapport la nécessité absolue de présenter à l’examinateur des résultats
homogènes. Une erreur de calcul n’est pas grave en soi, surtout compte-tenu du stress assez naturel du
candidat lors du passage de son oral. Il est par contre totalement impardonnable de ne pas vérifier ses
calculs, et en particulier leur homogénéité (lorsque celle-ci n’est pas triviale). A ce propos, les équations
aux dimensions sont souvent très lourdes à manipuler, et il est souvent plus simple de « reconnaître »
 I
certains termes dans une formule complexe (par exemple que kBT est une énergie, 0 un champ
r
qB
magnétique,
une pulsation…).
m
Dans le même ordre d’idée, toute erreur de signe, physiquement aberrante, sera également
sanctionné.
Enfin, des ordres de grandeur fantaisistes et totalement aberrantes sont à proscrire absolument.
Que penser du candidat qui trouve une hauteur d’échelle caractéristique de 8 mm pour la loi de
décroissance de la pression dans l’atmosphère isotherme ?
II) REMARQUES PARTICULIERES
Eléments mathématiques
Une bonne connaissance des formules de trigonométrie est souvent utile pour ne pas perdre de
temps à l’oral.
La solution des équations différentielles linéaires à coefficients constants du 1er et 2ème ordre doit
être parfaitement connue.
Les graphes des fonctions usuelles (sin, cos, tan, cotan, ch, sh…) doivent être connus.
La rigueur de la pensée se traduit par la rigueur des notations (nous avons noté de fréquentes
dx
confusions en particulier sur les notations de dérivées, différentielles, variations… ∆x, dx, δx,
,
dt
x
…).
t
Electrocinétique – Electronique
Souvent des problèmes de calcul.
Il faut connaître ou retrouver rapidement les diagrammes de Bode asymptotiques et les
comportements mathématiques (intégrateur, dérivateur…) associés.
s
Rappelons évidemment que la relation H  n’est valable que pour une entrée sinusoïdale, et
e
qu’il faut sinon faire appel à l’analyse de Fourier.
Mécanique du point
Les questions de cours sur l’énergie potentielle effective sont maltraitées.
Les résultats pour le mouvement circulaire uniforme sous l’action d’une force centrale attractive
en
1
r
2
doivent être parfaitement connus ou retrouvés rapidement.
A noter une fréquente confusion de signe pour l’énergie potentielle :
K
K
Rappelons que E p (r )  
si F(r) = - 2
r
r
Mécanique du solide
Il s’agit d’une partie du programme en général très maltraitée.
Notons toujours la confusion malheureusement classique « pas de frottements = pas de
glissement », la méconnaissance fréquente du caractère non dissipatif des liaisons dans le cas du
roulement sans glissement.
Rappelons par ailleurs que, pour un système conservatif à un degré de liberté, la méthode
énergétique est la plus efficace, sous forme intégrale 1 ère (à ne surtout pas dériver systématiquement ;
notons à ce propos qu’il serait bon de connaître la forme intégrale de l’équation d’un oscillateur
dx
harmonique : ( ) 2   02 x 2 = constante).
dt
Thermodynamique
La définition du système est essentielle, les changements d’état et les calculs de ∆S sont toujours
maltraités.
Rappelons que la statique des fluides fait partie du cours de thermodynamique de 1 ère année et que
« la relation de la statique des fluides » ne se réduit pas à « la formule » P + pgz =cste !
Electromagnétisme
L’utilisation des théorèmes de Gauss et d’Ampère nécessite de la rigueur (choix des surfaces ou
des contours, orientation, calcul des flux et des circulations).
En induction, la loi de Lenz est souvent mal énoncée (par exemple : « les courants induits créent
un champ B qui s’oppose au champ B appliquée).
Rappelons également que la loi de Faraday ne peut s’appliquer dans le cas d’un circuit non
filiforme fermé, sauf à l’utiliser comme forme intégrale de l’équation de Maxwell-Faraday sur un contour
fermé fictif à préciser.
Dans le cas de Lorentz, il est souvent utile d’utiliser le couplage électromécanique parfait.
Dans le domaine des ondes électromagnétiques, rappelons que le seul argument justifiant que la
vitesse de phase puisse être supérieure à C, est que cette dernière est la vitesse de propagation d’un
« objet mathématique » qui est l’onde harmonique.
Rappelons enfin que l’expression des différents opérateurs d’analyse vectorielle doit être connue
en coordonnées cartésiennes, mais qu’il ne faut surtout pas la généraliser aux coordonnées cylindriques
dE
ou sphériques (écrire par exemple que div E 
si E  E(r )  r !...).
dr
Optique
L’étude de la diffraction pose toujours autant de problèmes : énoncé du Principe d’HuygensFresnel incomplet ou erroné, validité de la théorie scalaire (a > λ) méconnue, dimension angulaire de la
tâche principale de diffration (∆  ~

a
) méconnue.
Par ailleurs, la représentation au tableau des figures de diffraction de motifs simples est souvent
fantaisiste.
Pour l’interféromètre de Michelson, rappelons qu’il peut être utilisé aussi en diviseur d’ondes et
qu’il s’agit alors de prendre 2 rayons distincts issus de la source.
Les franges seront alors non localisées, mais cela nécessite l’emploi d’une source ponctuelle sous
peine de brouillage.
Par ailleurs, quasiment aucun candidat ne connaît l’intérêt de choisir R = 0,5 pour la séparatrice
(rappelons I1 = I2 = R (1-R) I0, donc que le constrate vaut 1, R, et que le choix R = 0,5 rend I1 et I2
maximales.
III) CONCLUSION ET CONSEILS AUX CANDIDATS
L’oral du concours se prépare bien sûr tout au long des deux ou trois années de classes
préparatoires, tout comme l’écrit.
Mais nous insistons sur le fait que l’oral a des exigences particulières et nécessite une préparation
spécifique. En particulier, la connaissance du cours est encore plus essentielle que pour l’écrit (et encore
une fois, connaître son cours ne se limite pas à connaître quelques « formules » par cœur).
Nous invitons les futurs candidats à se préparer sérieusement et spécifiquement pour l’oral, en
mettant en particulier à profit les semaines d’interruption entre la fin des écrits et le début des oraux.
Destinés à être de futurs ingénieurs, chercheurs ou cadres de haut niveau, nous attendons d’eux des
capacités de travail, de réflexion, de logique, mais aussi de bon sens et d’ouverture d’esprit. Et tout ceci
demande beaucoup de rigueur dans l’attitude.
En résumé : « de la rigueur, encore de la rigueur et toujours de la rigueur », telle doit être la devise
du futur candidat.
Bon courage à tous.