1 Épreuve écrite de Chimie.......................................................
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Banque Agro-Veto - Session 2014 Rapport sur les concours A Filière BCPST Épreuve écrite de Chimie.......................................................................................................................... 2 Epreuve orale de Chimie ..........................................................................................................................9 Épreuve écrite de Physique.....................................................................................................................13 Épreuve orale de Physique ..................................................................................................................... 17 1 Banque Agro-Veto - Session 2014 Rapport sur les concours A Filière BCPST Épreuve écrite de Chimie Concours Nb cand. Moyenne Ecart type Note la plus basse Note la plus haute A BIO 2980 10,01 3,48 0,5 20 A ENV 1960 10,11 3,43 0,5 20 A PC BIO 1336 10,17 3,48 1 20 Les remarques générales des rapports précédents demeurent d’actualité. Nous invitons vivement les candidats à s’y reporter. Le sujet, constitué de sept problèmes complètement indépendants, couvrait une large partie des programmes des deux années des classes BCPST : atomistique, chimie des solutions aqueuses, thermodynamique, relations structure/propriétés des molécules organiques, cinétique chimique, synthèse organique des sucres, spectroscopie RMN 1H, synthèse organique des composés aromatiques. À l’intérieur de chaque problème, de nombreuses questions pouvaient être traitées de manière indépendante. Avant de détailler les différentes questions du sujet, voici quelques remarques générales : - Comme les années précédentes, la présentation et la rédaction des copies sont généralement de bonne qualité. Rappelons que la lisibilité des copies, la mise en valeur des résultats et la clarté des explications sont explicitement prises en compte dans le barème. - La calculatrice n’étant pas autorisée pour ce sujet, le jury a été particulièrement bienveillant concernant la précision des applications numériques. Cependant de très nombreux candidats ont choisi de ne mener à terme aucune application numérique, il est peut-être utile de préciser que ce n’est pas une stratégie payante en termes de résultats. - Les résultats numériques doivent toujours être accompagnés d’une unité. Toute absence d’unité ou erreur dans l’unité entraîne une sanction totale en termes de points attribués. - Le sujet comportait de nombreuses questions très proches du cours. Dans ce cas, le jury est particulièrement exigeant quant à la qualité du développement qui amène à la réponse. En particulier, fournir le résultat sans aucune explication ne rapporte aucun point. De manière générale, une réponse doit toujours être justifiée pour se voir attribuer des points. - Comme les années précédentes, de nombreux candidats se sont davantage intéressés aux problèmes de chimie organique, certains ont même complètement fait l’impasse sur les autres parties du sujet. Ce choix s’est révélé en général assez peu judicieux car il a conduit ces candidats à délaisser les questions abordables du début du sujet au profit de questions plus difficiles demandant souvent beaucoup de rigueur en fin de sujet. Rappelons qu’un sujet est généralement construit de manière à ce que la difficulté des questions soit croissante tout au long de l’épreuve. Commencer par la dernière partie signifie souvent s’attaquer aux questions les plus ardues du sujet. Pour chaque question, deux nombres sont indiqués : le premier est le pourcentage de candidats qui ont traité la question, le deuxième est le pourcentage de candidats – parmi les candidats qui ont traité la question – qui ont obtenu au moins 75 % des points de la question. 2 Banque Agro-Veto - Session 2014 Rapport sur les concours A Filière BCPST A. Structures électroniques Cette partie, pourtant extrêmement proche du cours, a été globalement très mal traitée par la plupart des candidats. A1. (96, 18) Si la configuration électronique du fer est correcte dans la plupart des copies, le jury a été souvent surpris par la créativité des candidats concernant la position dans la classification périodique et la famille contenant cet élément. Rappelons que « métal » n’est pas une famille d’éléments. A2. (58, 9) Le jury rappelle que les termes « 4s2 » et « 3d6 » ne désignent pas des orbitales. Les triplets de nombres quantiques associés aux orbitales 4s et 3d sont rarement obtenus. A3. (65, 25) La description de Lewis n’est pas pertinente pour un atome métallique. C’est la règle de Hund qu’il faut utiliser pour déterminer le nombre d’électrons célibataires d’un atome. A4. (94, 20) La plupart des candidats semblent ignorer que le fer métallique (degré d’oxydation 0) est couramment rencontré. Les règles d’obtention de la configuration électronique des ions sont très mal maîtrisées par une majorité de candidats. Il est important de rappeler que le numéro atomique caractérise l'élément chimique et que par conséquent, pour un même élément chimique, le numéro atomique de l’atome est bien évidemment le même que celui de l'ion. B. Étude thermodynamique de l’élément fer dans les eaux océaniques Il s’agissait dans ce problème B de retrouver par le calcul des résultats énoncés dans le texte d’introduction. De nombreux candidats n’ont pas lu l’introduction ou pas fait le lien avec les questions posées et ont ainsi trouvé des résultats contradictoires avec ce qui était donné. Le jury félicite les quelques candidats qui ont su faire le lien avec le texte d’introduction et qui ont apporté des commentaires pertinents à leurs résultats numériques. B1. (95, 89) L’attribution des domaines de stabilité/prédominance a été généralement bien faite. Une justification excessivement détaillée n’est pas considérée comme utile à ce stade. B2. (82, 38) La détermination des potentiels standards d’oxydoréduction a posé des problèmes à un nombre important de candidats. Le jury rappelle que l’activité du fer solide vaut 1 et que 0,03 log(10–5) V n’est ni nul ni négligeable devant – 0,59 V. B3. (85, 74) Le jury rappelle que l’activité de l’eau solvant vaut 1 et que l’activité d’un gaz parfait est égale au quotient de sa pression partielle par la pression standard. B4. (82, 4) Lorsque le raisonnement du candidat était correct, la constante de la réaction d’oxydoréduction a été rarement exprimée comme le demandait l’énoncé (sous la forme 10x, où x est un nombre décimal), de trop nombreux candidats se sont contentés de l’exprimer sous la forme 10a/b sans faire le calcul. Il est également utile de rappeler à un certain nombre de candidats que le calcul du quotient de réaction à l’instant initial ne permet pas d’obtenir la valeur de la constante d’équilibre. B5. (89, 33) De nombreuses confusions entre constante de précipitation et constante de solubilité. B6. (37, 20) De trop nombreux candidats ne semblent pas s’inquiéter de trouver une valeur numérique de concentration supérieure à 102 mol.L−1. Rappelons qu’une valeur supérieure à 55 mol.L−1 ne peut avoir aucune réalité physique dans une solution aqueuse puisque cette valeur représente la concentration de l’eau dans l’eau. B7. (55, 10) L’instabilité du fer métallique dans l’eau océanique en présence de dioxygène a très souvent été interprétée à tort par l’étude des domaines de stabilité du fer et de l’eau, sans considérer celui du dioxygène. 3 Banque Agro-Veto - Session 2014 Rapport sur les concours A Filière BCPST B8. (29, 40) Le produit de solubilité de l’hydroxyde fer (III) était donné dans l’énoncé. Il était inutile de perdre du temps à retrouver sa valeur par étude de la figure 1. B9. (30, 5) Tous les raisonnements pertinents, justifiés et argumentés ont été valorisés. Le jury rappelle que log K = 24 signifie K = 1024 (et pas K = 10−24). C. Étude thermodynamique de l’élément fer dans les roches sédimentaires C1. (89, 60) Cette question a été souvent bien traitée. Rappelons que par convention, il est recommandé d’écrire un nombre d’oxydation en chiffres romains. C2. (74, 25) De trop nombreux candidats semblent penser que 8/3 serait égal à 3, ou qu’un nombre d’oxydation fractionnaire signifierait que le composé est instable. C3. (83, 46) Le jury rappelle que l’examen de la variance ne renseigne que sur les paramètres intensifs du milieu réactionnel. C4. (87, 65) L’aspect théorique de cette question a été généralement bien traité. Les applications numériques ont posé beaucoup plus de problèmes, la plupart des candidats tireraient un grand bénéfice de remettre à jour leur connaissance des tables de multiplication. C5. (67, 45) De nombreux candidats mélangent la signification des enthalpie, entropie, et enthalpie libre standard de réaction. C6. (77, 32) L’aspect théorique de cette question a été généralement bien traité, mais l’application numérique a une fois de plus donné lieu à des résultats aléatoires. Même remarque qu’à la question B4 : la constante de la réaction a été rarement exprimée comme le demandait l’énoncé (sous la forme 10x, où x est un nombre entier). C7. (56, 72) Le lien entre la pression à l’équilibre et la constante d’équilibre a généralement été bien exprimé. C8. (56, 13) La loi de modération est souvent correctement énoncée, mais la quasi-totalité des candidats semble oublier qu’il faut comparer la pression réelle avec la pression à l’équilibre (ou déterminer le signe de l’affinité chimique) pour pouvoir conclure. On pourrait attendre de la part d’élèves de BCPST qu’ils connaissent la valeur de la pression en dioxygène actuelle à la surface de la Terre. C9. (31, 59) L’aspect cinétiquement lent de la réaction a été identifié par de nombreux candidats. D. Structure et propriétés de la vitamine C D1. (94, 78) Les ordres de priorité CIP sont exigés pour justifier la configuration absolue de chaque carbone asymétrique. D2. (90, 18) La quasi-totalité des candidats oublie de vérifier que la molécule ne possède aucun élément de symétrie et affirme à tort qu’une molécule qui comporte deux carbones asymétriques possède forcément 4 stéréoisomères de configuration. L’énantiomère de l’acide L-(+)-ascorbique a été généralement bien représenté. D3. (89, 36) De nombreux candidats ont fait preuve de beaucoup d’imagination et ont souvent utilisé un vocabulaire complètement hors-sujet dans leur tentative d’expliquer le signe du pouvoir rotatoire de la molécule, ce qui montre que cette notion est manifestement mal comprise par une majorité de candidats. Le jury rappelle en particulier que ni la lumière, ni la molécule, ni même le polarimètre ne tournent : c’est le plan de polarisation d’une lumière polarisée rectilignement qui tourne. D4. (74, 8) Il est important de rappeler qu’une fonction énol n’est pas une fonction alcool, et que ces deux fonctions possèdent des propriétés physico-chimiques sensiblement différentes. De nombreux candidats ont justifié la faible valeur du pKA du couple par la stabilisation de la base conjuguée par mésomérie… sans écrire aucune forme mésomère ! 4 Banque Agro-Veto - Session 2014 Rapport sur les concours A Filière BCPST D5. (72, 33) Cette question a été assez souvent bien traitée. De nombreux candidats connaissent ou ont réussi à retrouver la structure de l’acide déhydroascorbique. E. Étude cinétique de la réduction du fer(III) en fer(II) au cours de la digestion Un quart des candidats a totalement fait l’impasse sur cette partie dont plusieurs questions étaient pourtant assez accessibles et proches du cours. Les questions qui demandaient aux candidats de proposer des méthodes expérimentales pour accéder à des grandeurs précises ont très rarement été menées à bien (questions E3 et E7). E1. (48, 30) Le jury a constaté avec stupeur que de nombreux candidats qui possèdent par ailleurs de solides connaissances en biologie semblent penser que le bol alimentaire contient des quantités significatives d’EDTA, d’ammoniac, d’éthylène diamine voir d’ions cyanures. L’indication de deux ligands était nécessaire pour l’attribution des points. E2. (73, 54) Le lien entre les constantes cinétiques et la constante thermodynamique d’un équilibre a été généralement bien déterminé. E3. (33, 8) Une majorité de candidats n’a pas remarqué que la constante K1 est la constante de première acidité de l’acide ascorbique. Il fallait ensuite proposer une méthode expérimentale pertinente pour mesurer cette constante, ce que seuls de très rares candidats ont su faire. E4. (77, 43) Les conditions d’application de l’AEQS sont généralement bien comprises par les candidats. E5. (69, 27) L’application de l’AEQS a généralement été bien menée par les candidats, mais la suite des calculs a souvent été abandonnée ou a donné lieu à des erreurs de calcul sans aboutir au résultat. E6. (36, 12) Le jury rappelle qu’on appelle « tampon » une solution dont le pH peut être considéré comme constant, et que dans ce cas il est inutile de se placer en milieu très acide pour obtenir la dégénérescence de l’ordre en ion H+. Rappelons également qu’une vitesse de réaction chimique ne s’exprime pas en m.s−1. E7. (13, 18) Quasiment aucun candidat n’a proposé de solution satisfaisante pour déterminer la valeur du produit k2K1. E8. (39, 6) La loi d’Arrhenius est assez souvent bien énoncée (si on excepte les nombreux oublis de la constante pré-exponentielle), mais l’application numérique a donné lieu une fois de plus à des résultats très divers, l’unité correcte étant très rarement associée à la valeur numérique. Quasiment aucun candidat n’est conscient que 19 kJ.mol−1 est une énergie d’activation particulièrement faible (ici, caractéristique d’une réaction radicalaire). F. Synthèse industrielle de la vitamine C Cette partie a été globalement bien traitée par de nombreux candidats. Certains mécanismes et schéma de montages expérimentaux ne sont pas assez soignés. Le jury attache une importance particulière à la justesse des flèches courbes de déplacement d’électrons, à l’écriture des charges formelles et des doublets électroniques liants et non-liants impliqués dans la réactivité des molécules, ainsi qu’aux flèches de micro-réversibilité caractérisant chaque acte élémentaire dans l’écriture des mécanismes. Il est recommandé aux candidats d’être attentifs à ne pas confondre les flèches d’écriture d’un équilibre chimique avec la flèche d’écriture de formes mésomères. Les demi-équations redox n’ont été correctement équilibrées que dans une faible proportion des copies. Il peut être utile aux candidats de retenir que les demi-équations redox impliquant des réactifs organiques classiques (c’est-à-dire non radicalaires) font systématiquement intervenir un nombre pair d’électrons. 5 Banque Agro-Veto - Session 2014 Rapport sur les concours A Filière BCPST F1. (95, 30) Contrairement à ce qu’affirment un certain nombre de candidats, le palladium, le rhodium ou le platine ne sont pas des réactifs de réduction, ce sont des catalyseurs qui peuvent intervenir dans une réduction par le réactif dihydrogène. F2. (79,33) De nombreux candidats ont correctement répondu à la première partie de cette question classique. Cependant, quelques candidats se contentent de n’indiquer que le nom du réactif, seule la composition chimique du réactif (ex : CrO3) donnait lieu à l’attribution de points. Le jury a été surpris de constater qu’un certain nombre de candidats attribuent une valeur morale supérieure à la réaction chimique lorsqu’elle est réalisée par une bactérie : le jury rappelle qu’une bactérie consomme des réactifs (le milieu nutritif dans lequel elle pousse), que les enzymes bactériennes ne se régénèrent pas toutes seules sans consommer d’énergie, que le bilan énergétique d’une réaction chimique est le même quel que soit le caractère vivant ou non du catalyseur utilisé et que l’avantage de la fermentation bactérienne n’est pas d’être « plus naturelle ». F3. (89, 13) Si la nature des fonctions chimiques a généralement été bien identifiée, les candidats ont souvent plus fait appel à leur imagination qu’à leurs connaissances pour nommer la relation d’isomérie qui existe entre le D-glucose et le L-sorbose. F4. (83, 23) Le mécanisme de l’hémi-acétalisation a correctement été écrit par un nombre important de candidats. La représentation spatiale des composés n’était pas exigée dans l’écriture du mécanisme, mais était exigée pour l’écriture du produit obtenu. F5. (49, 11) Le schéma représentant un montage expérimental doit être effectué avec beaucoup de soin et être annoté. Le jury a attaché une importance particulière à la présence des éléments suivants : support élévateur, système de chauffage du ballon, fixation du ballon, réfrigérant comportant le sens de branchement de l’eau. Le jury a valorisé les candidats qui proposaient un système, quel qu’il soit, pour permettre l’évacuation de l’eau du milieu réactionnel. F6. (57, 36) Le mécanisme de l’acétalisation a correctement été écrit par un nombre important de candidats. La représentation spatiale des composés n’était pas exigée dans l’écriture du mécanisme, mais était exigée pour l’écriture du produit obtenu. F7. (44, 25) La demi-équation redox de la transformation alcool-acide carboxylique a rarement été correctement écrite. F8. (52, 59) Il fallait préciser contre quoi on souhaitait protéger les fonctions alcools pour se voir attribuer les points de cette question. F9. (48, 22) La représentation spatiale des composés était exigée. F10. (45, 75) De trop nombreux candidats pensent qu’ajouter de la soude permet de déprotoner le méthanol. F11. (48, 42) Cette question pourtant assez proche du cours n’a été correctement traitée que par environ la moitié des candidats. F12. (24, 10) Quelques bonnes réponses ont été constatées. Cependant, de nombreux candidats mélangent dans le même mécanisme des fonctions protonées (présentes uniquement en catalyse acide) et des fonctions déprotonées (présentes uniquement en catalyse basique). F13. (32, 27) Une fois de plus, les réponses sont trop souvent incohérentes lorsque les candidats doivent faire appel aux connaissances acquises en travaux pratiques. F14. (36, 75) La plupart des candidats ont correctement identifié le caractère protique de la vitamine C. G. Fer héminique La dernière partie du sujet était volontairement la partie la plus difficile. Elle a été peu traitée, et les candidats ont souvent mal compris la signification des questions posées. G1. (42, 4) L’énoncé demandait le nombre de signaux attendus pour la molécule. Si les candidats avaient pris la peine de lire les quelques questions suivantes, ils auraient compris 6 Banque Agro-Veto - Session 2014 Rapport sur les concours A Filière BCPST que le nombre de signaux attendus est différent du nombre de signaux observés. Tout raisonnement s’appuyant sur l’existence de plans de symétrie dans la molécule a été valorisé. G2. (57, 68) Cette question assez proche du cours a été souvent bien réussie par les candidats qui l’ont traitée. Le jury rappelle que les flèches courbent représentent le mouvement des doublets d’électrons : une flèche de liaison C−H ou N−H qui part en direction de l’atome H ne génère pas un ion H+ mais un ion H−. G3. (38, 16) Il fallait écrire un mécanisme cohérent de tautomérie à l’intérieur de la molécule de porphine (représentant la migration des protons et le mouvement des doublets électroniques) pour se voir attribuer les points de la question. G4. (33, 13) Rares sont les candidats qui ont compris que l’équilibre de tautomérie augmente le nombre de plans de symétrie de la molécule, et donc diminue le nombre de signaux observés. L’attribution des signaux n’a pas posé de problèmes. G5. (16, 59) L’effet de la température sur la cinétique de l’équilibre de tautomérie a généralement été bien indiqué. G6. (34, 9) En raison d’une erreur dans l’énoncé (le complexe [Fe-porphine] est neutre et non chargé 2+ comme indiqué), toutes les représentations raisonnables du complexe et les écritures cohérentes de la réaction de complexation ont été valorisées. G7. (26, 5) L’effet chélate a quelquefois été mentionné, mais très rarement expliqué (aspect enthalpique et aspect entropique). G8. (51, 64) Le jury rappelle que le critère de Huckel comporte 3 points : la molécule doit être cyclique, plane et comporter 4n+2 électrons délocalisables. G9. (36, 6) Le classement des produits en ortho/méta n’est pas pertinent dans le cas où, comme ici, le cycle aromatique est un cycle à 5 et comporte un hétéro-atome. Quelques rares candidats ont écrit de manière correcte les différentes formes mésomères des intermédiaires de Wheland et ont pu conclure quant au produit majoritaire. G10. (26, 24) Le trifluore de bore servait à exalter le caractère électrophile du benzaldéhyde (et certainement pas à générer un acyl-cation par l’abstraction d’un hydrure comme certains candidats l’ont écrit). G11. (16, 8) Il est dommage que certains candidats qui avaient répondu correctement à la question G9 ne s’en soient pas servi pour identifier le produit majoritaire de la réaction. G12. (7, 11) Il fallait écrire les formes mésomères de l’ion obtenu à la question précédente pour identifier ses sites électrophiles. G13. (6, 9) La réaction menant à l’ion suivant était simple mais supposait d’avoir trouvé la réponse correcte à la question G11. G14. (10, 16) Il fallait remarquer que le couple redox utilisé échange 6 électrons et 6 protons. G15. (16, 69) Le caractère coloré des molécules qui présentent un système conjugué étendu a été souvent identifié. G16. (3, 10) Il fallait remarquer que la compétition entre les réactions intramoléculaires (cyclisation) et intermoléculaires (polymérisation) dépend de la concentration en réactifs dans le milieu. Correcteurs : Mathieu Avesque, Thomas Barilero, Marie Colmont, Sylvie Condom, Claire Giroud (R), Laurent Heinrich, Mathieu Lazerges, Fayna Mammeri, Sophie Martin, Benoît Piro, Sébastien Prost, Polina Volovitch, Emmanuel Vrancken. Expert: Claire Giroud. 7 Banque Agro-Veto - Session 2014 Rapport sur les concours A Filière BCPST 8 Banque Agro-Veto - Session 2014 Rapport sur les concours A Filière BCPST Epreuve orale de Chimie Concours Nb cand. Moyenne Ecart type Note la plus basse Note la plus haute A BIO 2163 10,49 3,86 0,5 20 A ENV 884 11,98 3,51 1,5 20 A PC BIO 691 11,86 3,46 1,5 20 Introduction, déroulement de l'épreuve L'épreuve orale de chimie s'est déroulée dans des conditions similaires à celles des années précédentes. Les candidats disposaient d'une demi-heure pour préparer, dans une salle dédiée, deux exercices d'importance proche dans le barème, l'un de chimie organique, l'autre de chimie générale. Ils ont ensuite été invités à les présenter, dans l'ordre de leur choix, pendant une demi-heure. Pendant la préparation, les candidats avaient à leur disposition la classification périodique des éléments, une table de données physiques, des tables de données spectroscopiques IR et RMN, ainsi qu'une calculatrice (modèle à notation algébrique simple, Casio ou TI). Jusqu'à deux visiteurs ont pu assister aux interrogations de chimie. Aucun incident n'a perturbé la session 2014. Le programme en vigueur pour l'épreuve est disponible aux adresses : ftp://trf.education.gouv.fr/pub/edutel/bo/2003/hs3/annexe2.pdf (BO hors-série n°3 du 26 juin 2003) ftp://trf.education.gouv.fr/pub/edutel/bo/2004/hs3/annexe6.pdf (BO hors-série n°3 du 29 avril 2004) Remarques générales Le jury a apprécié le comportement global des candidats, qui sont pour la plupart polis, respectueux et agréables à écouter. Il convient de rappeler tout de même qu'une tenue correcte est attendue, et que tout comportement nonchalant est à éviter. Le dynamisme du candidat est apprécié et valorisé, l'examinateur étant mis alors dans les meilleures dispositions pour le guider. Il ne faut cependant pas attendre son approbation pour poursuivre l'exposé des exercices. Il est d'ailleurs inutile de lui poser des questions ! Le jury regrette aussi que certains candidats s'adressent au tableau et évitent la discussion. Il est toujours recommandé aux candidats de bien gérer leur temps de présentation. Le candidat se doit d'exposer en priorité les questions qu'il a préparées. Enfin, trop de candidats oublient leur calculatrice personnelle, dont l'utilisation est autorisée pendant la présentation orale (pour effectuer des régressions linéaires par exemple). Remarques ponctuelles Chimie générale Les questions de chimie des solutions aqueuses sont rarement traitées correctement et efficacement. Le jury est parfois surpris des difficultés rencontrées par les candidats. Il peut être par exemple très laborieux de calculer le pH d'une solution, connaissant la concentration 9 Banque Agro-Veto - Session 2014 Rapport sur les concours A Filière BCPST en ions HO-(aq). Dans certains exercices, le jury attendait simplement la détermination des réactions de titrage, la comparaison de leurs constantes thermodynamiques d'équilibre. L'interprétation de courbes (pH, conductance, distribution, etc.) pose aussi de réelles difficultés. L'écriture de la relation entre les quantités de matière, à l'équivalence d'un titrage, est souvent mal abordée : elle passe par l'élaboration de tableaux d'avancement bien trop compliqués. Les réactions de dismutation ne sont pas maîtrisées : l'interprétation des diagrammes E-pH conduit à l'écriture de réactions rédox équilibrées avec des électrons libres en solution. Il est enfin rappelé qu'il est utile de savoir calculer une constante thermodynamique d'équilibre rédox efficacement (certaines démonstrations peuvent durer une dizaine de minutes...). En cinétique chimique, il convient de définir la vitesse d'une réaction avec la concentration d'un réactif ou d'un produit, et pas directement avec sa pression partielle. La technique expérimentale de dégénérescence de l'ordre a rarement été correctement expliquée. Les exercices de thermodynamique sont en général bien traités. Notons toutefois que, pour quelques candidats, les constantes thermodynamiques d'équilibre dépendent encore des concentrations. L'activité de l'eau est parfois automatiquement égale à 1, même lorsque l'eau est un gaz réactif ou produit de réaction. Certains candidats perdent beaucoup de temps à exprimer les constantes thermodynamiques d'équilibre de réactions en phase gazeuse, en fonction des quantités de matière, de la pression totale et de la pression standard. Les applications numériques en thermodynamique ne sont pas assez efficaces (oubli de simplification ou mauvaise utilisation de la calculatrice). Il est cependant dangereux de simplifier certaines expressions de la pression standard, quand il est ensuite nécessaire d'appliquer la loi du gaz parfait... Les questions de calorimétrie sont soit traitées très efficacement et correctement, soit totalement évitées. Le jury regrette enfin que de nombreux candidats confondent les différents types de diagrammes binaires (simple fuseau, avec homoazéotrope, hétéroazéotrope ou point eutectique). Peu de candidats sont capables d'analyser les interactions intermoléculaires pour conclure à la miscibilité de deux liquides ou pour comparer des températures de changements d'état, par exemple. Le jury souhaite que l'analyse dimensionnelle soit systématique. Certains résultats restent sans unité (pente d'un diagramme E-pH, par exemple). La conversion bar/Pa n'est pas toujours évidente. Enfin, l'unité « mol par litre moins un » n'est pas compréhensible à l'oral. Chimie organique Le cours de chimie organique est globalement bien maîtrisé. Les candidats choisissent généralement de traiter en premier l'exercice de chimie organique. Quelques remarques sont tout de même à mentionner. La détermination de la géométrie d'une molécule par l'application de la théorie V.S.E.P.R. a été, cette année, particulièrement difficile. Les angles de référence des environnements AX3 et AX4 sont très souvent confondus. La règle de l'octet n'a pas toujours été appliquée à l'atome d'azote. Par ailleurs, la « formule » qui permet de calculer le nombre d'insaturations d'une molécule est très approximativement connue, et rarement interprétée. Les définitions de stéréochimie ne sont pas énoncées avec assurance : il suffit de discuter sur quelques exemples de molécules pour déstabiliser très rapidement le candidat. Savoir reconnaître deux énantiomères ou deux diastéréoisomères est essentiel pour discuter la possibilité de leur séparation. Enfin, il est très difficile, pour la majorité des candidats, de dessiner une conformation chaise avec quelques groupements en position équatoriale ou axiale. Les mécanismes réactionnels principaux du programme sont généralement connus et correctement expliqués. Il est tout à fait possible de présenter des mécanismes en simplifiant les molécules de l'exercice. Cependant, le jury attend que le candidat explique sa 10 Banque Agro-Veto - Session 2014 Rapport sur les concours A Filière BCPST simplification. Des erreurs de vocabulaire sont alors à signaler : le candidat veut parfois définir un « composé », un « radical » ou encore un « élément », qu'il note R, pour simplifier une partie de molécule. Il ne faut pas non plus vouloir trop simplifier : les mécanismes « dynamiques », sur une seule molécule dessinée au tableau, sont à bannir. Par ailleurs, il serait souhaitable que toutes les étapes d'un mécanisme réactionnel soient équilibrées, les sous-produits de réaction étant souvent oubliés. On peut signaler que le mouvement d'électrons conduisant à la libération d'un proton est très souvent mal représenté. Le jury attend aussi que l'équilibre des charges soit systématiquement vérifié. Quelquefois, l'ajout d'une base au milieu réactionnel a conduit à la formation de carbocations... Enfin, l'analyse des effets inductifs et mésomères n'est pas toujours complète. L'électrophilie du carbone fonctionnel d'une cétone et celle du carbone fonctionnel d'un ester ont rarement été correctement comparées. Les mécanismes réactionnels posant le plus de problèmes sont la double addition d'un organomagnésien sur un ester et l'hydrolyse en milieu acide des nitriles. La dernière étape acido-basique de la saponification est souvent oubliée. L'explication du retour à l'aromaticité lors des substitutions électrophiles aromatiques est très souvent incorrecte et la régénération du catalyseur est aussi souvent oubliée. Le jury souhaiterait que les candidats précisent que le mécanisme de cétalisation ou d'acétalisation est renversable. Le chlorure de thionyle et le chlorure de tosyle ont souvent été confondus. Rares sont les candidats qui prennent l'initiative de chercher à déterminer si une substitution nucléophile est plutôt monomoléculaire ou plutôt bimoléculaire. Le mécanisme d'élimination en catalyse basique est trop rarement connu. Les règles de Markovnikov et de Saytzev sont confondues, très peu de candidats parlent de contrôle cinétique ou thermodynamique pour expliquer les sélectivités en chimie organique. Le postulat de Hammond semble malheureusement totalement inconnu. Travaux Pratiques Une question de chimie expérimentale a systématiquement été posée aux candidats. Cette question est une occasion privilégiée pour discuter avec eux et pour vérifier qu'ils savent manipuler. Le jury regrette que certaines réponses aient été apprises par cœur sans avoir été comprises. Il peut être attendu que les candidats décrivent le mode opératoire à suivre pour étalonner un pH-mètre, un conductimètre ou un spectrophotomètre. L'intérêt de cet étalonnage est alors rarement correctement expliqué. Les solutions tampons, dont la définition est souvent incomplète, semblent pouvoir être utilisées pour étalonner tout le matériel du laboratoire... Trop de candidats « mesurent la conductimétrie » ou le « potentiel d'une solution ». Les candidats pensent parfois qu'il faut « saturer le calomel » de l'E.C.S.. Par ailleurs, le protocole de mesure du pouvoir rotatoire est très souvent fantaisiste (« les rayons sont déviés », « la lumière tourne », etc.). Certains montages de chimie organique montrent l'inventivité des candidats. Le montage de distillation fractionnée et le montage à reflux sont confondus. Trop de candidats utilisent un « condensateur » pour liquéfier des vapeurs. Le choix du solvant de recristallisation n'est pas clairement expliqué. Les candidats peuvent trop facilement être conduits, au cours de la discussion, à placer un thermomètre n'importe où dans leur montage. La technique de chromatographie sur couche mince n'est pas maîtrisée. Les interactions entre la phase stationnaire et les composés à chromatographier ne sont pas prises en compte. Les candidats se contentent de parler d' « affinité » (en kJ.mol-1 ?) avec l'éluant. Les différences de migration sont souvent expliquées par le « poids moléculaire » des composés. Conclusion 11 Banque Agro-Veto - Session 2014 Rapport sur les concours A Filière BCPST Malgré toutes ces critiques qui se doivent de figurer dans un rapport, le jury est globalement satisfait du travail effectué par les candidats après deux années de classes préparatoires. Le niveau moyen des candidats, fixé à 10,4/20, est significatif : il témoigne d'un niveau très acceptable en chimie. Les principales notions du cours et les principales méthodes de résolution sont maîtrisées. Il reste à travailler l'interprétation (interactions intermoléculaires, sélectivités, stratégies de synthèse, compréhension des titrages, ruptures d'équilibres, bilans de matière, bilans d'énergie, etc.). Certaines prestations étaient remarquables : pertinence scientifique, efficacité de raisonnement, justesse de vocabulaire, dynamisme... Le jury adresse toutes ses félicitations à ces brillants candidats. Examinateurs : Thomas Barilero (R), Raphaël Blareau, Sandrine Charier, Caroline Chevalier, François Duprat, Anne-Claire Hervier, Hakim Lakmini, Benjamin Montaignac, Marie-Pierre Rey-Nony, Emmanuel Sabban, Valérie Veissier Expert : Thomas Barilero 12 Banque Agro-Veto - Session 2014 Rapport sur les concours A Filière BCPST Épreuve écrite de Physique Concours Nb cand. Moyenne Ecart type Note la plus basse Note la plus haute A BIO 2980 10,03 3,33 1 20 A ENV 1960 10,08 3,30 1 20 A PC BIO 1336 10,07 3,34 1,5 20 Le sujet, constitué de deux problèmes totalement indépendants, couvrait une partie des programmes des deux années des classes BCPST : mécanique des fluides, électrocinétique et thermodynamique. Le premier problème, intitulé « L’hydrolienne », commençait par l’étude d’un modèle classique illustrant la manière dont l’énergie d’un fluide en mouvement peut être récupérée, puis étudiait une ligne électrique simplifiée en régimes sinusoïdal et stationnaire. Le second problème, « Âge de la Terre », décrivait les premiers modèles physiques ayant permis d’évaluer l’âge de la Terre, d’abord l’estimation de Buffon puis celle de Kelvin. Le sujet comportait de nombreuses questions de cours et, en dehors de quelques questions plus difficiles, ne nécessitait pas une grande habileté calculatoire. De l’avis de l’ensemble des correcteurs, l’épreuve a été plutôt bien traitée par les candidats et, s’il y a peu d’excellentes copies, il y a aussi très peu de copies vides. Toutes les questions ont reçu au moins un petit nombre de réponses satisfaisantes. La partie mécanique des fluides est celle qui a été la mieux traitée par les candidats et, à l’inverse, la partie électrocinétique est celle qui a été la moins abordée. Signalons quelques remarques générales : Comme les années précédentes, la présentation est bonne (les résultats sont mis en évidence, l’ordre des questions est respecté, l’orthographe est correcte). Par contre, la rédaction est moins soignée que d’habitude alors que cette dernière est explicitement prise en compte dans le barème de correction. Ainsi, les noms des lois et théorèmes sont rarement cités. Une nouvelle fois la calculatrice était autorisée. De nombreux candidats ne réalisent pas l’application numérique même lorsqu’ils disposent d’une expression littérale correcte. D’autres ne s’interrogent pas lorsqu’ils trouvent des ordres de grandeurs manifestement absurdes. Les candidats confondent souvent grandeurs vectorielles et grandeurs scalaires. En électrocinétique, de nombreux candidats ne savent pas utiliser la notation complexe. Les consignes de l’énoncé ne sont pas toujours respectées. Certains expriment des résultats en fonction de variables différentes de celles explicitement demandées par l’énoncé. Enfin, soulignons à nouveau l’importance de la vérification de l’homogénéité des résultats. 13 Banque Agro-Veto - Session 2014 Rapport sur les concours A Filière BCPST A – L’hydrolienne A.1. Principe de l’hydrolienne Cette partie est très bien traitée par les candidats connaissant le cours. A.1.3. Cette question a reçu un grand nombre de réponses étonnantes. Ainsi, de nombreux candidats s’inquiètent du coût de l’eau comparativement à l’air qui est gratuit ou de l’énergie nécessaire à la mise en mouvement de l’eau. A.1.4. De nombreux candidats confondent débits volumique et massique. Peu justifient la relation par une hypothèse d’incompressibilité. A.1.5. Le théorème d’Euler est moins bien connu que la relation de Bernoulli. Il donne lieu à de nombreuses versions pas toujours homogènes et comportant des égalités entre scalaires et vecteurs. A.1.6. De nombreuses erreurs sur le signe de la force. A.1.7. La constante k visiblement adimensionnelle ne l’est fréquemment plus dans l’expression obtenue par les candidats. A.1.8-9. Ces questions sont peu traitées. A.2. Le transport d’électricité A.2.1. Peu savent expliquer l’utilité de la notation complexe. Par contre, la plupart savent citer deux exemples d’impédances du cours. A.2.2-4. Ces questions, proches des résultats du cours, ont été très peu correctement traitées. A.2.5. Bien dans l’ensemble. A.2.6. Parmi les candidats qui parviennent à déterminer la fonction de transfert, une grande partie ne parvient pas à identifier les constantes. A.2.7. Question un peu plus calculatoire et très peu traitée. La plupart de ceux ayant tenté la résolution cherchent une annulation du dénominateur ! A.2.8. Bien réussi dans l’ensemble. 14 Banque Agro-Veto - Session 2014 Rapport sur les concours A Filière BCPST A.2.9. Peu de candidats mènent le calcul à son terme. Certains s’arrêtent en cours d’un calcul correct et expliquent qu’ils ont dû se tromper car le calcul à réaliser (la résolution de ax2+bx+c=0) est bien trop compliqué ! A.2.10-12. Peu traité. A.2.13 Peu savent comparer 0,98 avec 0,5%. B – Âge de la Terre La plupart des candidats ont commencé par la partie A et cette partie a été globalement moins bien réussie. B.1. Estimation de Buffon B.1.1. De nombreux graphes ne comportent ni graduations ni légendes. B.1.3. Très peu de valeurs numériques correctes. Visiblement de nombreux candidats ne maitrisent pas l’utilisation de leur calculatrice. Peu de candidats commentent en citant l’âge réel de la Terre. Enfin, certains ne s’étonnent pas de valeurs numériques complètement impossibles (7,6.101544 ans…). B.1.6. De nombreux candidats ne sont pas étonnés de trouver un τ négatif. B.1.8. Très peu de réponses. B.2. Modèle conductif de Kelvin B.2.1. Généralement correct. B.2.3. Le vecteur densité de flux thermique est rarement défini. B.2.4-5. Peu traité. B.2.6. Une proportion non négligeable de candidats traitant la question pense qu’une constante est forcément adimensionnelle. La fin du problème est très peu abordée par les candidats. Correcteurs : Olivier Alloschery, Rollad Assaraf, Gaëtan Caldara (R), Dominique Chouteau, Emmanuel Desvoivres, Emmanuel Klein, Jean-Philippe Luce, Thierry Meyer, Benjamin Mollier, Jean-Philippe Qadri, Pierre Ravet, Gaël Richard, Marie Thorey. Expert : Gaëtan Caldara 15 Banque Agro-Veto - Session 2014 Rapport sur les concours A Filière BCPST 16 Banque Agro-Veto - Session 2014 Rapport sur les concours A Filière BCPST Épreuve orale de Physique Concours Nb cand. Moyenne Ecart type Note la plus basse Note la plus haute A BIO 2159 10,35 3,52 1 20 A ENV 884 11,39 3,27 1 20 A PC BIO 691 11,30 3,42 1 20 Cette session marque la dernière année de l’organisation de l’épreuve orale de physique dans sa version actuelle, à la fois dans le fond (anciens programmes) et dans la forme (2 exercices à traiter, avec une résolution guidée). En 2015, les épreuves orales d’admission de sciences physiques se fonderont bien entendu sur les nouveaux programmes de BCPST, à la fois dans les notions mais aussi dans l’esprit de cette rénovation. Deux nouvelles épreuves seront ainsi proposées aux prochains admissibles, qui respecteront l’équilibre entre physique et chimie : Activité expérimentale (3h). La spécificité de cette épreuve tient à la mise en situation du candidat comme acteur de l’expérience. Il s’agira de concevoir une démarche, réaliser une expérience, faire des mesures et les interpréter. Les compétences de communication (dans le dialogue avec l’examinateur et la confection d’un document) seront également évaluées. Argumentation et échange (15 min de préparation, 30 min d’interrogation). Cette épreuve consiste en une question ouverte soumise à la réflexion du candidat. Pendant l’échange, des compétences transversales seront mobilisées (en plus des compétences scientifiques) : analyse du problème, démarche de résolution, analyse critique. Les qualités de communication et d’interaction avec l’interrogateur seront aussi appréciées. Afin de rendre compte du déroulement de l’oral de physique de cette session 2014, mais aussi de préparer les futurs candidats aux nouvelles épreuves, nous avons choisi de décliner nos remarques sur les prestations des admissibles à travers le prisme des compétences qui seront plus particulièrement évaluées l’année prochaine. Travaux pratiques Les activités expérimentales ne faisaient pour l’instant l’objet que de questions orales dans le cadre d’un exercice. Les candidats semblent désormais bien informés que les travaux pratiques sont systématiquement abordés au cours de l’interrogation, et sont plus en phase avec les attentes (pour l’heure modestes) du jury. Ces questions sont cependant parfois suffisantes pour déceler des lacunes quant aux capacités exigibles dans ce domaine. Lorsqu’il s’agit par exemple de déterminer la distance focale d’une lentille, il convient de s’approprier le problème en énonçant une problématique d’approche expérimentale. Un simple tracé au tableau de rayons parallèles convergeant vers le foyer image ne rentre pas dans ce cadre. 17 Banque Agro-Veto - Session 2014 Rapport sur les concours A Filière BCPST Si l’on souhaite par ailleurs tracer expérimentalement la courbe donnant la pression de vapeur saturante sat( ) d’un corps pur, vouloir mesurer une seule température d’ébullition sous pression atmosphérique prouve que l’objectif n’a pas bien été ciblé. Lors de l’analyse du problème, le protocole choisi doit être rigoureusement justifié. Pour la méthode d’autocollimation, la construction de l’image est notamment attendue. Cela permettrait d’éviter que la distance focale cherchée ne se retrouve entre la lentille et le miroir. Pour l’observation à l’oscilloscope des différents types de régimes transitoires d’un circuit , la communication passe par un schéma de câblage clair. On doit pouvoir citer les ordres de grandeur des valeurs des composants choisis. Il faut également proposer une source précise (type de signal, tension, fréquence) alimentant le montage et justifier ce choix. La réalisation de l’expérience comporte la mise en œuvre précise du protocole conçu. Savoir que le matériel utilisé pour la méthode d’autocollimation consiste en une source lumineuse, une lentille et un miroir plan n’est pas suffisant. Trop de candidats ne sont pas concrets dans le choix du type de source, de la nature de la lentille et de la position du miroir. Les éléments fixes et mobiles ne sont pas toujours clairs pour l’application de cette méthode. Une pratique expérimentale assidue devrait éviter une utilisation malheureuse du matériel courant de laboratoire. Afin de mesurer l’enthalpie de vaporisation de l’eau, des candidats ont ainsi proposé de poser un calorimètre empli d’eau sur une plaque chauffante… Le jury est sensible au fait que quelques candidats aient le souci d’évoquer la validation de leur démarche expérimentale, notamment en identifiant les sources d’erreurs ou en critiquant la finesse du modèle. Si l’expérience de focométrie choisie est la simple mesure des positions d’un objet et d’une image pour pouvoir appliquer la relation de Descartes, l’examinateur attend alors une discussion sur la configuration permettant de minimiser les incertitudes. S’approprier le problème Le temps imparti à la recherche de chaque exercice étant limité, l’énoncé va à l’essentiel. Par conséquent chaque mot a son importance, et il revient au candidat de savoir relever ceux se révélant cruciaux pour la résolution. Cette exploitation des informations est notamment essentielle en thermodynamique (adiabatique, diathermane, brutale, réversible, gaz parfait,…) et en mécanique des fluides (parfait, visqueux, incompressible, permanent,…). Lorsque la situation proposée est complexe, un schéma est joint au verso du sujet pour aider le candidat lors de sa préparation. Une mention explicite en est faite dans le texte (souvent en gras), ce qu’une lecture trop rapide du sujet ne permet pas d’apprécier, repoussant ainsi la découverte de la figure à l’interrogation. En revanche, dans le cas d’une situation connue, le candidat doit savoir faire un schéma modèle. Le jury est parfois surpris devant l’incapacité à représenter un pendule simple et à définir le repère pertinent. L’interrogateur est également en droit d’attendre un bon choix des concepts et notions utiles. Par exemple, pour l’étude d’un échangeur thermique ou d’une tuyère, la proposition d’utiliser le théorème de l’énergie mécanique dénote une incompréhension de la physique du phénomène. Établir une stratégie de résolution 18 Banque Agro-Veto - Session 2014 Rapport sur les concours A Filière BCPST Le candidat doit savoir formuler des hypothèses. Certaines sont très classiques et la version actuelle des énoncés guidait fortement les candidats : on considère un réservoir de section grande devant celle du robinet. Il est alors affirmé que l’on peut négliger la vitesse d’un point de la surface libre. Cependant, le souci de la justification n’est souvent évoqué que par l’interrogateur. La réponse n’est alors pas immédiate, ou n’est pas assortie de l’hypothèse pertinente. établir l’équation sat ( ) de la courbe de vaporisation de l’eau, moyennant certaines hypothèses simplificatrices. Après l’écriture de la relation de Clapeyron, beaucoup de candidats restent démunis devant la démarche à suivre. Lorsque l’on s’intéresse au terme − , certains souhaitent négliger le volume massique de la vapeur d’eau. Ce sont souvent les mêmes qui ne connaissent pas la valeur du volume massique de l’eau liquide. Et ce n’est finalement que lorsque le jury rappelle que la vapeur d’eau est un gaz que le candidat pense à utiliser un modèle de gaz parfait. Ce manque d’autonomie est bien sûr sanctionné. Certaines hypothèses sont en revanche implicites, et demander à l’interrogateur si l’on est en droit de s’y placer dénote un manque de recul vis-à-vis du cadre du modèle. Par exemple, lors de l’établissement du grossissement d’une lunette, il est inutile d’affirmer que l’on ne peut continuer ses calculs que dans le seul cas où les angles sont faibles, attendu que les rayons tracés ne sont corrects que dans l’approximation de Gauss. En ce qui concerne l’amplificateur opérationnel, qui se plait à ponctuer les rapports du jury depuis de nombreuses années, le souci de vouloir bien séparer le modèle idéal de l’utilisation en régime linéaire incombe bien souvent à l’interrogateur. Le gain de ce composant est alors rarement évoqué. Le candidat doit ensuite connaître les lois physiques et leurs domaines d’application. Le rapport du jury de la dernière session avait énuméré des questions de cours fréquemment posées à l’oral. On a constaté cette année une légère amélioration des connaissances de base, ainsi que des démonstrations classiques. De plus en plus d’admissibles ont un souci de rigueur, par exemple dans la définition précise des systèmes lorsqu’il s’agit de redémontrer le premier principe industriel ou le théorème de Bernoulli. Voici cependant quelques parties du cours qui restent problématiques : Les coordonnées et repères cylindriques ou polaires sont souvent mal définis. Malgré cela, des candidats connaissent « par cœur » la démonstration de la vitesse et de l’accélération d’un point dans ce système de coordonnées. Cette incompréhension des outils manipulés, qui pourrait passer inaperçue à l’écrit, est rapidement décelée à l’oral. L’écriture OM⃗ = ⃗ + ⃗ (sic) n’est pas encore passée de mode cette année. L’énoncé de la première loi de Newton laisse souvent un goût d’inachevé. Les définitions des valeurs efficace et moyenne d’un signal sont rarement connues. Dans le cas d’un signal sinusoïdal, lorsque le candidat se rappelle que la relation entre valeur efficace et amplitude fait intervenir un terme en √2, ce dernier a une chance sur deux de se trouver à la bonne place. En thermodynamique, la définition précise d’un rendement ou d’une efficacité, en général puis décliné selon le type de machine, est rarement claire. En diffusion, le sens du signe « − » dans les lois de Fourier et de Fick est rarement interprété. L’unité du vecteur densité de courant est trop rarement correcte, ce qui ne permet pas de donner du sens aux bilans d’énergie ou de particules. Pour les lentilles minces, les relations de conjugaison et de grandissement avec origine au centre sont systématiquement mieux connues que celles avec origines aux foyers. Ces dernières sont pourtant plus efficaces dans certaines applications. 19 Banque Agro-Veto - Session 2014 Rapport sur les concours A Filière BCPST Mettre en œuvre la stratégie (réaliser) Lorsque le cadre du modèle est bien délimité, le candidat doit savoir ensuite mener efficacement les calculs littéraux. La traduction mathématique de la démarche envisagée pose alors différents problèmes. Pour commencer par les plus simples, les lacunes apparues récemment concernant l’expression des périmètres, surfaces ou volumes usuels (disque, cylindre, sphère,…) semblent désormais s’installer durablement parmi les préparationnaires. Lorsqu’ils ont un doute, effectuer un test d’homogénéité n’est pas systématique. L’utilisation de grandeurs vectorielles et de leurs projections sur un axe a été source d’erreurs dont la fréquence chez certains candidats ne permet pas d’invoquer de simples étourderies : ⃗ = cos , ⃗ = ̈ ,… C’est parfois le caractère d’une grandeur qui n’est pas ⃗ ⃗ ⃗ connu : , , = . ⃗,… La manipulation des différences, différentielles ou termes infinitésimaux a parfois conduit à une répartition aléatoire des notations Δ, d et . Ceci traduit une incompréhension profonde des outils utilisés, des théorèmes appliqués, des systèmes considérés ou des instants envisagés. Quelques exemples malheureux : ∆ = , ∆ = ∆ + ∆ , dℎ = ℎ − ℎ , d = . La différence entre dérivée et différentielle n’est pas claire pour beaucoup de d candidats, de même que celle entre primitive et intégrale. La simple intégration de d = − entre deux points a pris de longues minutes pour aboutir à un résultat sans erreur, après plusieurs relances de l’interrogateur sur la pertinence de la formule trouvée. La dérivation de par rapport au temps a parfois également été chronophage. L’affirmation selon laquelle (0 ) = 0 impliquerait que = 0 a encore eu du succès cette année. Il en est de même pour la condition d’équilibre d’un point matériel : d d =0 a souvent pour conséquence = Cte. L’incohérence relevée par le jury n’entache parfois pas la certitude du candidat. La traduction numérique des calculs est également une compétence évaluée à l’oral. Les candidats négligent pourtant souvent les applications numériques. Rappelons qu’ils disposent d’une calculette prêtée par le service des concours durant la préparation, et qu’ils peuvent utiliser leur modèle personnel lors de l’interrogation. Le recours à une calculatrice ne doit cependant pas être un réflexe pour des calculs réalisables très facilement de tête. On ne peut que constater que la majorité des résultats numériques donnés sont faux, et on conseille donc aux étudiants de classe préparatoire de s’entraîner à utiliser leur calculatrice, notamment dans la gestion des racines ou puissances et dans le paramétrage radians/degrés. On remarque également des soucis d’unités, soit dans les conversions (la donnée d’une capacité thermique massique en J.K-1 .g-1 ou d’une masse volumique en kg.L-1 a posé beaucoup de problèmes), soit dans l’expression finale du résultat ( = 1kW…). Analyse critique de la démarche Vient enfin la phase où le candidat peut interpréter ses résultats. 20 Banque Agro-Veto - Session 2014 Rapport sur les concours A Filière BCPST Cela peut commencer par un simple test d’homogénéité, permettant de repérer des / erreurs flagrantes. Ne pas critiquer une formule comme ( ) = + n’est pas bien apprécié par le jury. La pertinence du résultat doit être recherchée. On ne peut pas par exemple annoncer / que le courant traversant une bobine est continu et encadrer la formule ( ) = , censée être valable à la fermeture de l’interrupteur. L’étude des cas limites permet également de juger la cohérence de la réponse fournie. Par exemple, lorsqu’une fonction de transfert d’un filtre est déterminée, le candidat doit avoir le réflexe de vérifier que les limites du gain à basses et hautes fréquences correspondent bien aux prévisions qualitatives. Il est également rapide de vérifier (et apprécié du jury) que l’interfrange d’interférence est d’autant plus grande que l’écran est éloigné des trous d’Young ou que ceux-ci sont plus rapprochés, afin de rejeter une formule comme = . Une vitesse limite doit également diminuer lorsque le coefficient de frottement augmente, de même qu’un débit vis-à-vis de la viscosité. L’expression de l’énergie interne d’un gaz réel doit se rapprocher de celle d’un gaz parfait lorsque les coefficients introduits dans l’équation d’état de Van der Waals sont nuls. Bref, ces tests simples permettent de distinguer les candidats qui ont acquis un recul par rapport à une formule encadrée. L’obtention d’un résultat est également l’occasion de vérifier les hypothèses émises. Si la loi de Poiseuille est utilisée, il est ainsi bienvenu de calculer a posteriori le nombre de Reynolds de l’écoulement afin de s’assurer qu’il est bien laminaire. La traduction numérique d’un calcul permet de s’assurer que le candidat connait quelques ordres de grandeur. Il est ainsi malvenu d’affirmer sans autocritique que des fentes d’Young sont séparées de = 10 m, que la vitesse d’un satellite en orbite basse est = 1,1 ∙ 10 m ∙ s ou que la température dans un moteur thermique peut atteindre = 2 ∙ 10 K. La fin de l’exercice autorise le candidat à poser les limites d’un modèle. Par exemple, si l’on utilise la loi de Poiseuille dans le cadre de la circulation sanguine, la rigidité des vaisseaux et le caractère permanent de l’écoulement sont discutables. En mécanique, l’absence de frottements est souvent l’hypothèse la plus critiquable. Les candidats les plus observateurs remarquent dans les graphes expérimentaux fournis que leur prise en compte est nécessaire si l’on souhaite affiner le modèle. L’analyse critique la plus pointue consiste à pouvoir estimer l’influence sur le résultat des phénomènes que le modèle ne considère pas, afin de juger de leur importance. Le nouveau programme permettra par exemple d’exprimer l’ordre de grandeur d’un temps caractéristique de diffusion thermique, pour s’assurer qu’il est bien négligeable si l’on s’est placé en régime permanent. Interagir et communiquer Tout au long de l’échange, le candidat doit maîtriser un argumentaire oral. Les mots doivent être bien choisis afin d’exprimer clairement sa pensée ; le vocabulaire scientifique se doit notamment d’être maîtrisé. Il y a par exemple des confusions entre foyer image (principal ou secondaire), distance focale et plan focal image. Il n’est pas rare que le foyer image soit noté ′ sur un schéma. L’imprécision entre tension et potentiel a de graves conséquences lors de l’utilisation du théorème de Millman ou du pont diviseur de tension. 21 Banque Agro-Veto - Session 2014 Rapport sur les concours A Filière BCPST Au tableau les schémas doivent être clairs afin d’illustrer avec profit les propos du candidat. Il ne faut pas hésiter à utiliser les craies de couleur à disposition. Certains candidats, par manque de temps, mais plutôt en général du fait de connaissances mal assurées, souhaitent expliquer rapidement la démarche qu’ils auraient adoptée. Outre que ces candidats ont en général montré auparavant des limites qui remettent en cause leur aptitude à développer effectivement ces méthodes et à les mettre en pratique, une vague explication générale ne pourra jamais remplacer une démarche cohérente et rigoureuse, mettant en avant l’exploitation de connaissances, hypothèses et données de l’énoncé pleinement exploitées. Toutefois, lorsqu’un candidat a montré sa maîtrise, le jury peut de lui-même le dispenser de réaliser au tableau certains calculs établis en préparation, pour livrer directement le résultat. Durant cet oral, et plus encore lors de la nouvelle épreuve de la prochaine session, le candidat doit montrer sa capacité à participer à un échange. Il convient donc de savoir écouter les remarques et conseils du jury, qui sont censés guider vers une piste de résolution, ou faire prendre conscience d’incohérences. Les questions bienveillantes de l’interrogateur ont le même but. Pourtant, certains candidats ne font pas l’effort de les écouter attentivement, ou bien cherchent à tout prix à cacher leur ignorance par des circonvolutions qui ne trompent personne. D’autres restent alors silencieux de longues minutes, moins pour prendre un temps de réflexion que pour éviter de donner une mauvaise réponse. Ces comportements ne contribuent pas à la richesse de l’échange et à la réactivité attendues par le jury. L’oral doit permettre de déceler des candidats ayant les qualités recherchées : prendre en compte une suggestion, conserver, changer ou nuancer un point de vue, à bon escient. Nous espérons que ces quelques commentaires, déclinés selon les compétences qui seront plus spécifiquement évaluées l’année prochaine, seront utiles aux futurs admissibles et permettront au jury d’avoir le plaisir de prendre part à de plus en plus d’échanges intéressants. Examinateurs : Bruno Dernoncourt, Emmanuel Desvoivres, Cédric Enjolras, Ghislain Golse (R), Hervé Idda, Emmanuel Klein, Caroline Mace, Mathilde Marchand-Hartog, Jacques Randria, Pierre Ravet, Marie Thorey. Expert : Ghislain Golse 22 Banque Agro-Veto - Session 2014 Rapport sur les concours A Filière BCPST 23
