Centrale Physique 2 PC 2002Sujet et rapport du jury
- Mécanique des fluides : bilans de masse et de quantité de mouvement
- Ondes progressives et équation de d'Alembert
- Stabilité linéaire et amplification exponentielle
- Force de marées et référentiel non galiléen
- Résonance et analogie électrique-mécanique (circuit RLC, corde de Melde)
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- Corrigé : pas encore disponible
Présentation du sujet
DifficileHydrodynamique du modèle de Saint-Venant : crue d'une rivière, instabilité de l'écoulement et marées avec effet de seiche dans un canalAfficher ou masquer la section
Présentation du sujet
DifficileLe problème de physique 2, Centrale PC 2002, développe le modèle de Saint-Venant pour l'écoulement d'une rivière peu profonde, puis l'applique successivement à l'étude d'une crue, à l'apparition d'irrégularités (rouleaux) à la surface d'un écoulement rapide, et enfin aux marées et à l'effet de seiche dans un canal de bord de mer.
- 1Partie I : modèle de Saint-VenantÉtablissement, par des bilans de masse et de quantité de mouvement, des équations couplées reliant la hauteur d'eau et la vitesse d'un écoulement, puis étude du régime permanent et des petits mouvements autour de ce régime.
- 2Partie II : crue d'une rivièreObtention d'une équation d'onde-diffusion pilotant la perturbation de hauteur d'eau, changement de référentiel suivant l'onde de crue, et évolution de l'étalement et de la hauteur maximale de la crue au cours du temps.
- 3Partie III : apparition d'irrégularités à la surfaceÉtude de la stabilité de l'écoulement permanent, condition sur le nombre de Froude pour l'amplification exponentielle d'une perturbation, puis confrontation à une expérience d'huile sur plan incliné observée par optique géométrique.
- 4Partie IV : marées dans un canal de bord de merExpression de la force de marées, comparaison des contributions solaire et lunaire, puis étude de l'effet de seiche du canal de Bristol par analogie avec un circuit RLC série et avec la corde de Melde.
Difficile. Le rapport donne des taux de réussite très contrastés selon les parties : environ 70 % pour la partie I, seulement 35 % pour la partie II jugée très décevante (20 % pour certaines questions), et les trois quarts des candidats ont échoué sur la partie IV, notamment par manque d'attention.
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesChangement de référentiel non maîtrisé · Exposants de la crue établis sans justification · Limitation de l'amplitude de la perturbation mal expliquéeAfficher ou masquer la section
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesLe problème, centré sur l'hydrodynamique avec le modèle de Saint-Venant, a permis une bonne évaluation grâce à un large étalement des notes, alternant questions calculatoires, applications numériques et développements qualitatifs. Les correcteurs relèvent un défaut majeur récurrent : le manque d'explications, de nombreux résultats étant donnés sans justification. Les candidats se montrent plus à l'aise dans les questions calculatoires que dans l'interprétation physique des résultats, et les applications numériques aberrantes ne suscitent que rarement un commentaire critique.
Les erreurs les plus sanctionnées
- 1Changement de référentiel non maîtriséII.A.2
Cette question pose des problèmes à 85 % des candidats, qui se contentent souvent de recopier ou de paraphraser l'énoncé ; très peu songent à utiliser le concept de dérivée particulaire, et presque aucun ne réalise que le nouveau repère permet de suivre l'onde de crue.
« Le changement de référentiel pose des problèmes à 85% des candidats. »
- 2Exposants de la crue établis sans justificationII.B.2, II.B.3
Les exposants caractérisant l'étalement et la hauteur de la crue sont établis sans justification et conduisent à des résultats étonnants : beaucoup trop de candidats trouvent que la hauteur de crue est une fonction croissante du temps, au mépris de toute évidence physique.
« Beaucoup trop de candidats trouvent que la hauteur de crue est fonction croissante du temps, au mépris de toute évidence. »
- 3Limitation de l'amplitude de la perturbation mal expliquéeIII.A.4
Les réponses à cette question sont le plus souvent farfelues, à hauteur de 90 %, des prétextes aussi divers que fallacieux étant invoqués pour expliquer pourquoi l'amplitude de la perturbation reste bornée dans la réalité.
« Les réponses à la question III A 4 sont le plus souvent (à 90%) farfelues »
- 4Confusion entre optique géométrique et conditions de GaussIII.B.3
Cette unique question d'optique du problème a été mal traitée par plus de 70 % des candidats, avec des explications très diverses, y compris farfelues, et une confusion certaine entre l'approximation de l'optique géométrique et les conditions de Gauss.
« une confusion certaine entre approximation de l'optique géométrique et conditions de Gauss »
- 5Périodicité des marées mal identifiéeIV.A.3
La périodicité des marées semble un mystère pour 85 % des candidats ; la réponse la plus fréquente, 24 heures, est erronée, et certains proposent même des valeurs telles que 6 heures ou un an.
« La périodicité des marées semble un mystère pour la plupart (85%) des candidats. »
- 6Comparaison des marées lunaire et solaire ratéeIV.A.4
Cette comparaison a été fatale à plus de 90 % des candidats, alors qu'un simple calcul de rapport des forces donnait directement la bonne réponse ; la plupart des candidats se contentent de recopier l'énoncé.
« La comparaison des marées d'origine lunaire avec les marées d'origine solaire a été fatale à plus de 90% des candidats »
Ce qui a été bien réussi
- La partie I, portant sur l'établissement des relations de base du modèle de Saint-Venant, a été bien traitée dans l'ensemble, avec de l'ordre de 70 % de réussite.
- La partie théorique de la question III.A est en général bien traitée, avec environ 80 % des copies.
- Les questions plus mathématiques de la partie IV.B.1 sont dans l'ensemble bien traitées, à l'exception de sa dernière sous-question.
Conseils du jury
- Lire tout l'énoncé avec soin avant de commencer à résoudre, ce qui permet d'éviter de nombreuses erreurs grossières.
- Justifier systématiquement les résultats donnés (dimension d'un paramètre, valeur d'un exposant) plutôt que de les affirmer sans démonstration.
- Commenter les résultats numériques, en particulier lorsqu'ils sont manifestement aberrants et que l'énoncé le réclame explicitement.
- Connaître et savoir utiliser le concept de dérivée particulaire pour changer de référentiel dans un problème de mécanique des fluides.
- Distinguer clairement l'approximation de l'optique géométrique des conditions de Gauss.
- S'entraîner à l'interprétation physique des résultats, pas seulement à leur calcul, pour ne pas se limiter à des réponses purement techniques.
Synthèse rédigée par WikiPrépa à partir du rapport officiel du jury (à télécharger en PDF). Les citations sont extraites du rapport.
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PHYSIQUE II
On rappelle que dans le référentiel terrestre, la force d'inertie d'entraînement due à la rotation de la Terre sur elle-même est incluse dans le poids. Dans tout le problème on suppose que le champ de pesanteur est uniforme avec
Partie I - Modèle de Saint-Venant

confondu avec le plan d'équation
I.A - Bilan de masse
I.A.1) Exprimer la masse
Filière PC
I.A.3) En déduire la masse
I.A.4) Exprimer la variation
I.B - Résultante des forces de pression et de pesanteur
I.B.2) En déduire l'expression de la composante selon
I.C - Bilan de quantité de mouvement

propose de faire un bilan de quantité de mouvement pour (
I.C.1) Exprimer la quantité de mouvement
I.C.2) Exprimer la quantité de mouvement
I.C.3) En déduire l'expression de la variation de quantité de mouvement de (
I.D - Équation du mouvement
I.D.1) Vérifier sur l'équation (2) les résultats des questions I.B. 2 et I.C.3.
I.D.2) Quelle est la dimension du coefficient numérique constant
I.E - Régime permanent
I.E.2) Application numérique. Calculer
I.F - Petits mouvements au voisinage
Partie II - Crue d'une rivière
II.A - Équation-pilote
II.A.1) Montrer que
(On pourra par exemple exploiter le concept de dérivée particulaire).
II.A.3) Citer deux phénomènes pilotés par une équation analogue et indiquer ce qu'est alors l'analogue du coefficient
II.B - Étude d'une crue

II.B.1) Déduire de la figure 3 le graphe de
II.B.2) En déduire sommairement que le maximum
II.B.3) Tracer sur une même figure l'allure des graphes de
II.B.4) En utilisant
d'équilibre
Partie III - Apparition d'irrégularités à la surface
III.A - Étude théorique
III.A.1) Quelle est la valeur
III.A.2) En admettant qu'on peut remplacer
III.A.3) À quelle condition sur le nombre de Froude
III.A.4) Comment expliquer que le modèle ne rende pas compte du fait qu'en réalité l'amplitude de la perturbation reste bornée?
III.B - Étude expérimentale
III.B.1) Déduire de l'expérience que
III.B.2) Montrer en rassemblant les résultats de I.E - et III.A.3) que le modèle de SaintVenant rend compte de l'expérience.
.jpg)
III.B.3) Pour observer l'apparition des ondulations, on éclaire l'huile transparente à travers le plan incliné transparent avec un collimateur et on observe la lumière sur un écran situé à une distance
.jpg)
est-elle effectivement validée?
Partie IV - Marées dans un canal de bord de mer
IV.A - Force de marées
Dans ces conditions, on rappelle l'expression de la force de marées subie par une masse

IV.A.1) Indiquer en quelques mots l'origine de chacun des deux termes de cette expression.
IV.A.2) Un développement limité à l'ordre un en
IV.A.3) Si on tient compte de la rotation de la Terre sur elle-même, justifier que
IV.A.4) En réalité la force de marées due à la Lune est à peu près deux fois plus grande que celle due au Soleil. Expliquer brièvement pourquoi cette observation n'est pas contradictoire avec le fait que le champ gravitationnel créé par la Lune en un point de la Terre est négligeable par rapport au champ gravitationnel créé par le Soleil.
IV.B - Seiche du canal de Bristol
IV.B.1) Dans un premier modèle, on utilise les équations (3) et (4) en négligeant les frottements (
b) Déterminer
c) Quel phénomène met-on ainsi en évidence ? Qu'en est-il avec les valeurs effectives de
d) Retrouver les pulsations
IV.B.2) On admet désormais que la prise en compte de la force des marées dans l'équation (4) puis l'élimination de
a) Établir l'équation différentielle dont est solution
b) Sachant que le facteur de qualité
c) Déduire de l'équation (3) écrite pour
FIN •••
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte l'épreuve de physique 2 Centrale PC 2002 ?Afficher ou masquer la section
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte l'épreuve de physique 2 Centrale PC 2002 ?
Le sujet porte sur le modèle hydrodynamique de Saint-Venant, appliqué à la crue d'une rivière, à l'instabilité d'un écoulement rapide (rouleaux) et aux marées avec l'effet de seiche dans un canal de bord de mer.
Quelle est la moyenne à l'épreuve de physique 2 Centrale PC 2002 ?
Le rapport ne communique pas de moyenne ni d'écart-type global, mais donne des taux de réussite par partie : environ 70 % pour la partie I, 35 % pour la partie II, et un échec des trois quarts des candidats sur la partie IV.
Quelles erreurs le jury a-t-il le plus relevées à cette épreuve de physique 2 Centrale PC 2002 ?
Le jury relève un manque récurrent de justification des résultats, un changement de référentiel mal maîtrisé, une confusion entre optique géométrique et conditions de Gauss, et une périodicité des marées mal identifiée par la grande majorité des candidats.
Cette épreuve de physique 2 Centrale PC 2002 est-elle difficile ?
Le rapport la juge difficile dans l'ensemble, avec des taux de réussite très contrastés selon les parties, la partie II sur la crue étant qualifiée de très décevante et la partie IV sur les marées ayant fait échouer les trois quarts des candidats.
Pas de description pour le moment
