Comparaison avec le programme actuel du projet de

Comparaison avec le programme actuel du projet de programme de Physique en BCPST
Ce projet de programme s’inscrit dans la continuité des réformes engagées dans le secondaire.
Il s’efforce d’autre part
- d’alléger la masse des connaissances exigibles aux concours, essentiellement en réduisant le nombre de
techniques mathématiques.
- de remédier aux inconvénients révélés dans le programme actuel. Ainsi , la mécanique de première année
deviendrait un enseignement général, avec de la statique des fluides, et ne porterait plus seulement sur la
mécanique du point.
-d’augmenter encore l’interdisciplinarité, en montrant l’usage de la physique en sciences de la vie et de la Terre.
Le texte du programme est plus long, mais c’est parce qu’il est plus explicite. On en attend un
allègement.
L’analyse du programme est présentée sou forme d’un tableau de commentaires du projet.
A Électrocinétique et électronique
1. Régime indépendant du temps Transferts en deuxième année :dipôle non linéaire, diode idéale,
théorème de superposition.
2. Régime transitoire Circuits RC et RL étudiés seulement en travaux pratiques car déjà bien
étudiés en terminale S.
3. Oscillations libres : circuit L, C
4. Régime sinusoïdal forcé Transfert de deuxième année rendu nécessaire par la disparition totale
du courant alternatif du programme de terminale S.
Transfert en deuxième année :Amplificateur opérationnel idéal utilisé
dans son domaine linéaire Ce transfert compense l'alourdissement du
programme de première année lié à l'introduction du courant alternatif.
B. Mécanique
I. Présentation des interactions et statique
1. Forces
Allégements:forces de Lorentz, de
Laplace. Transfert de deuxième année
:- Exemples de forces réparties :
Ce paragraphe a été entièrement reformulé. La présentation des forces
réparties est rendue nécessaire par le transfert de la statique des fluides
en première année.
2. Équilibre d’un solide Ajout très
limité La disparition du théorème du moment cinétique n’entraîne pas la méconnaissance de la notion de moment. Ainsi, par exemple, on
évoquera qualitativement la stabilité des navires.
3. Statique des fluides
Transfert de deuxième année
Ajouts apparent, parce que ces notions
sont actuellement enseignées :
- notion de pression différentielle
- si la pression est uniforme, la
résultante des forces pressantes
exercées sur une surface fermée est
nulle.
Un commentaire limite la technicité.
L'incitation à utiliser la pression différentielle (mesurée par rapport à
la pression atmosphérique locale) est justifiée par l’usage de la notion
de pression en physiologie
Cette logique sera indispensable par la suite, dans l'étude des
phénomènes de transports par exemple. Elle écarte la méthode trop
abstraite de la formule du gradient et celle trop géométrique des
projections.
II. Cinématique 1. Référentiel, repère, base
de projection
Allégements :- tout calcul de cinématique en coordonnées sphériques,-
l’utilisation du trièdre de Frénet
Ici, comme en statique des fluides, le projet insiste sur la notion de
symétrie.
III. Mécanique du point matériel
1. Énoncés de la 2ème loi de Newton
2. Applications de la 2ème loi de Newton Allégement important : le théorème du moment cinétique.
Avec la disparition des forces de Lorentz et de Laplace, il ne reste
plus, dans ce projet, une seule utilisation du produit vectoriel.
3. Énergie d’un point matériel Transfert en deuxième année : la notion de gradient.
Ici comme dans d'autres domaines (systèmes ouverts) on a choisi de
privilégier les puissances. Après une approche limitée aux problèmes à
une dimension, on aborde la notion de force conservative sans le
gradient (et bien entendu sans le rotationnel). Un commentaire incite à
préparer l'enseignement de la thermodynamique : "lorsque l’on sait

BCPST présentation du projet de programme / première année / 14 janvier 2003
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que la force est conservative, pour le calcul du travail on choisit le
chemin sur lequel le calcul est le plus simple".
Attirer l'attention sur le signe de l'énergie, peut faciliter en chimie
l'introduction des énergies de liaison ou d'ionisation.
Ajout apparent: bilan d’énergie mécanique lorsqu’il y a
simultanément travail de forces conservatives et non conservatives.
Pour préparer les bilans d'énergie qui permettront d'établir la relation de
Bernoulli.
4. Voisinage de l’équilibre Transfert en deuxième année : Les systèmes dissipatifs (oscillateur
amorti)
C. Thermodynamique Le programme a été entièrement reformulé, l'ordre est plus classique ;
la tentative d'introduire la thermodynamique par une approche
davantage phénoménologique ayant été peu appréciée. On ne renonce
pas complètement à une telle approche : les transferts thermiques sont
envisagés, avant l'énoncé du premier principe, à partir du concept
(admis sans véritable justification en première année) de résistance
thermique.
I. Les états de la matière
1. Introduction à la thermodynamique L'allusion au niveau mésoscopique est rendue nécessaire par un souci
de cohérence avec la mécanique des fluides
2. Description d’un système. Le projet privilégie la notion de variance
3. Modèle macroscopique du gaz parfait Ici encore, le projet est plus précis que le programme de 1995 ; on
espère que les limites en seront ainsi mieux perçues.
4. Fluides réels et phases condensées Très léger allégement : le coefficient thermoélastique β.
L'aspect purement mathématique du jeu avec les dérivées partielles est
réduit en diminuant le nombre des coefficients thermoélastiques. En
revanche le projet insiste sur la signification physique de l'équation
d'état en demandant d'associer qualitativement celle-ci aux forces
intermoléculaires.
Ajout apparent :- phases condensées. Ceci peut sembler une
nouveauté ; en fait on définit ici un modèle très simple qui, plus loin,
remplace avantageusement l'utilisation des relations de Clapeyron :
"Les phases condensées seront étudiées dans le cadre du modèle
incompressible et indilatable."
5. États d’un corps pur. Compte tenu de l'importance du concept en géologie, la remarque :
"Toute notion d'allotropie est strictement exclue." est supprimée.
Néanmoins aucune notion sur ce point n'est exigible.
Ajout apparent :Diagramme d’état en coordonnées (P , V). Ce
diagramme est indispensable pour l'étude des machines thermiques ;
son absence du programme de 1995 était due à une coquille.
II.Évolutions d’un système fermé
Initiation à une notion étudiée en
deuxième année : résistance thermique
Cette nouveauté permet de conserver au cours une part d'approche
phénoménologique ; il est important d'aborder la notion de transfert
thermique en en précisant certains aspects (durée, sens de l’échange)
indépendants du premier principe.
III Bilan d’énergie.
1. Premier principe Formulation
fortement remaniée :- principe
d’équivalence ou de conservation.
Énergie totale, énergie interne.
Écriture plus précise que dans le programme de 95 avec le désir de
mieux lier la thermodynamique avec la mécanique et en particulier
avec la mécanique des fluides.
2. Fonction d’état énergie interne U.
Formulation fortement remaniée :
- énergie interne d’un gaz
parfait.
Allégement important :- coefficients
calorimétriques d'un système mono-
phasé.
Ajouts apparents :- énergie interne
Face aux importantes suppressions des notions microscopiques, on a
souhaité laisser quelques notions ("l'exemple de l’énergie interne d’un
gaz parfait monoatomique permettra de donner une interprétation
microscopique de l’énergie interne.")
Il s'agirait d'une suppression et non d'un transfert en deuxième année
La disparition des coefficients calorimétriques ne veut pas dire qu'il y
ait une limitation au gaz parfait, on pourra toujours étudier des gaz
réels ("l’expression de l’énergie interne d’un gaz réel dans le modèle
choisi sera donnée") et des phases condensées dans le cadre d'un
modèle très simple ( dU = C(T) dT dans le cas où l’on peut

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d’un gaz réel.- énergie interne d’une
phase condensée dans le modèle
incompressible et indilatable
confondre Cp et Cv)
3. Fonction d’état enthalpie H
Ajout apparent :- enthalpie d’une
phase condensée dans le modèle
incompressible et indilatable
Transfert en deuxième année : -
formule de Clapeyron. La formule de Clapeyron est transférée en deuxième année mais les bilans enthalpiques s'enrichissent avec l’enthalpie de réaction
introduite dans le cours de chimie de première année.
IV. Bilan d’entropie
1. Second principe : principe d’évolution.
Introduction d'un concept
supplémentaire : température d'une
interface.
Cette allusion à l'interface, est logique compte tenu de
l'importance croissante des systèmes ouverts.
2.Identité thermodynamique fondamentale
Ajout apparent d'une notion
importante
L'identité thermodynamique, n'était pas mentionnée au programme de
95. Elle était en fait utilisée par tous. Ce point est particulièrement
explicité dans le projet pour éviter des malentendus. Bien entendu, la
longueur exceptionnelle du paragraphe n'a rien à voir avec le temps à
consacrer à ce sujet.
3. Applications du second principe.
Ajouts apparents :
- entropie d’une phase condensée dans
le modèle indilatable et
incompressible.
- bilan entropique lors d’un
changement d’état isobare isotherme et
réversible d’un corps pur.
Le programme de 95 était un peu laconique ("bilans
entropiques"), le projet précise ce qui doit être fait en dehors des gaz
parfaits.
4. Machines thermiques
Suggestion d'une progression :
description de cycles
thermodynamiques de fluides.
Le programme de 1995 suggérait d'envisager tout de suite les
fluides réels, le projet suggère une progression plus modeste :
"En exercice, en première année, on se limitera aux cycles de
gaz parfaits. On envisagera en cours un cycle avec changements
d’état."
Interprétation microscopique : notions
de théorie cinétique des gaz
Allégements importants :
- Interprétation moléculaire qualitative
de la pression et de la température du
gaz parfait.
- Interprétation statistique simple de
l'entropie : calcul de la variation
d'entropie d'un système de N particules
passant d'un volume V à un volume
double.
Il ne reste plus que la suggestion d'évoquer qualitativement ces
notions.
Reste au programme :
- Répartition de Boltzmann.
Il n'est pas question d'enseigner des notions de thermodynamique
statistique mais simplement de signaler la présence d'un facteur de
Boltzmann lorsque l'on en rencontre un (statique des fluides, cinétique
chimique...)
D. Optique Pratiquement inchangé