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Annale · 2021Session du 29 avril 2021

Physique I Mines-Ponts PSI 2021 — sujet, corrigé et rapport jury

24 questions pour 3 heures, ensemble accessible. Le thème des ondes n'occupe pas la plus grande partie du programme PSI mais est fondamental et transversal — il a sans doute été délaissé par les candidats. Le jury est déçu : difficultés à utiliser les complexes, géométrie sur le cercle (tangente perpendiculaire au rayon), trigonométrie dans un triangle rectangle. Quelques candidats ont fait une…

Mohamed K.

Mohamed K.

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Session 2021 :

Physique IChimieInfoMaths I
Aperçu rapide

Top piège du sujet : Q5 : donner une vitesse de phase complexe sans réagir

Analyse

Ce qu'a observé le jury

Synthèse Hadamard du rapport officiel — citations, chiffres et conseils du jury.

Présentation du sujet

24 questions pour 3 heures, ensemble accessible. Le thème des ondes n'occupe pas la plus grande partie du programme PSI mais est fondamental et transversal — il a sans doute été délaissé par les candidats. Le jury est déçu : difficultés à utiliser les complexes, géométrie sur le cercle (tangente perpendiculaire au rayon), trigonométrie dans un triangle rectangle. Quelques candidats ont fait une excellente composition mais leur nombre est très faible.

Structure de l'épreuve

  1. Partie IQ1 — Codage binaire et durée de transmission(Q1)Abordable

    Q1 question en général réussie. Surprise : 250 symboles binaires pour coder les caractères. Le jury accepte toutes les durées si calculées de façon cohérente avec le décompte de caractères et le nombre de symboles binaires.

  2. Partie IIQ2-Q14 — Câble coaxial (propagation, vecteur d'onde, impédance, réflexion)(Q2-Q14)Difficile

    Q2 dimension de R0 (Ω), L0 (longueur), χ0 — système 3×3 attendu rigoureusement. Q3 Terre = référence des tensions (très peu de bonnes réponses). Q4 équation de propagation + relation de dispersion via OPP en complexes. Q5 emblématique : vitesses de phase complexes nombreuses. Q6 puissance +…

  3. Partie IIIQ15-Q24 — Radio (TSF) et ionosphère/plasma(Q15-Q24)Difficile

    Q15 rédaction défaillante. Q16 schéma propre + Pythagore. Q17 décevante (déficit d'apprentissage du cours sur OEM planes). Q18 conditions de continuité des champs. Q19 signe de kz0² décide de la propagation. Q20 schéma propre + AN facile. Q21 modèle du plasma : simplification de v∧B mal…

Analyse globale du jury

« Le jury est déçu du comportement d'ensemble des candidats sur cette épreuve portant principalement sur les ondes. Le thème des ondes a sans doute été délaissé. Aux lacunes dans la maîtrise des ondes s'ajoutent les grandes difficultés à utiliser l'outil mathématique : complexes mal maîtrisés (carré confondu avec module au carré), vitesses complexes acceptées sans réagir, tangente au cercle pas perpendiculaire au rayon, fonctions trigonométriques dans triangles rectangles. Les deux années de préparation marquées par la COVID ne sauraient excuser des connaissances insuffisantes. »

Top pièges sanctionnés

  • Q5 : donner une vitesse de phase complexe sans réagir-2 pts

    « Cette question est emblématique des difficultés des candidats avec les nombres complexes. Le jury a pu voir un très grand nombre de fois des vitesses de phase complexes, la question est très peu réussie. »

  • Q7 : proposer un modèle de corde de Melde pour le câble coaxial (ondes transversales sur une corde !)-2 pts

    « Le jury a été extrêmement surpris de voir que quelques candidats proposaient un modèle de corde de Melde comme si l'on étudiait les ondes transversales sur une corde ! »

  • Q11 : confondre ρ avec le coefficient de réflexion en amplitude pour la tension-1 pts

    « Cette question est ratée par la presque totalité des candidats qui ont confondu ρ avec le coefficient de réflexion en amplitude pour la tension. »

  • Carré d'un complexe confondu avec module au carré-1 pts

    « Les complexes ne sont pas, en général, suffisamment maîtrisés. On constate que carré d'un complexe est confondu avec module au carré, que l'on peut donner à une vitesse une forme complexe sans que cela n'émeuve le candidat. »

  • Q8 : laisser une AN inachevée (√17, 10^1,5)-1 pts

    « Il faut que les candidats sachent qu'une application numérique - même effectuée sans calculatrice - ne sera validée que si elle va jusqu'au bout. Il ne faut pas laisser des choses inabouties comme par exemple √17 ou comme 10^1,5. »

  • Q21 : ne pas donner l'unité de la conductivité γ (Ω⁻¹·m⁻¹)-1 pts

    « Ensuite, γ est souvent appelée - à juste titre - conductivité électrique mais son unité en Ω⁻¹·m⁻¹ l'est beaucoup plus rarement. »

  • Géométrie sur le cercle : tangente non perpendiculaire au rayon-1 pts

    « Déception aussi en géométrie sur le cercle où la tangente au cercle n'est pas toujours perpendiculaire au rayon. »

Chapitres clés à maîtriser

Propagation des ondes — équation de propagation, relation de dispersion
Câble coaxial — modèle entre z et z+dz, impédance caractéristique
Adaptation d'impédance
Effet de peau
Ondes électromagnétiques dans un plasma — relation de dispersion ionosphère
Géométrie sur le cercle, trigonométrie dans un triangle rectangle

Ressources

Téléchargements

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FAQ

Questions fréquentes — 2021

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