Centrale Physique Chimie 1 PSI 2026Sujet et corrigé
Transferts, mesures et stockage d'énergie électrique
Faisable en sup ?
Faisable en partie en PCSI : 14 questions sur 44. Autres questions faisables en PCSI
Autres premières années : MPSI 12 · PTSI 12 · MP2I 12 · TSI1 12 · BCPST1 2 questions.
Détail par partie
- Partie A : Transfert filaire8/10En partie
- Partie B : Transfert d'énergie sans contact0/82e année
- Partie C : Mesures de puissances5/16En partie
- Partie D : Accumulateur lithium-air1/10En partie
Téléchargements
- Rapport du jury : pas encore publié
Présentation du sujet
Transferts, mesures et stockage d'énergie électriqueAfficher ou masquer la section
Présentation du sujet
Le sujet étudie plusieurs aspects du transfert, de la mesure et du stockage de l'énergie électrique, en quatre parties indépendantes. Il traite l'adaptation d'impédance et le transfert résonnant en régime sinusoïdal, le transfert d'énergie sans contact par couplage capacitif ou magnétique, différentes méthodes de mesure de puissance électrique, et le fonctionnement électrochimique d'un accumulateur lithium-air.
- 1Partie A : transfert filaireÉtudie l'adaptation d'impédance entre un générateur et un récepteur en régime continu puis sinusoïdal, puis le transfert de puissance résonnant à travers un circuit RLC.
- 2Partie B : transfert d'énergie sans contactÉtudie la recharge sans fil d'une batterie par couplage capacitif entre armatures de condensateur, puis par couplage magnétique entre deux bobines.
- 3Partie C : mesures de puissancesÉtudie trois méthodes de mesure du produit tension-courant : un multiplicateur à effet Hall dans une plaquette d'arséniure d'indium, la structure cristalline de ce semi-conducteur, puis un multiplicateur numérique à modulation d'amplitude fondé sur l'électronique des amplificateurs linéaires intégrés.
- 4Partie D : accumulateur lithium-airÉtudie la stabilité thermodynamique du lithium métallique en solution aqueuse selon le pH, puis le fonctionnement électrochimique d'un accumulateur lithium-air en charge et en décharge.
L'épreuve en chiffres
Moyenne 9,34 / 20 · écart-type 3,96 · 4 359 présents · où vous situez-vous ?Afficher ou masquer la section
L'épreuve en chiffres
- Moyenne
- 9,34/ 20
- Écart-type
- 3,96
- Présents
- 4 359
- Coefficient
- 15
- Durée
- 4 h
- 1er quartile
- 6,3
- Médiane
- 9,2
- 3e quartile
- 12
Votre note sur 20 à ce sujet, en conditions de concours.
Source : document officiel du concours, épreuve du 5 mai 2026. Notes publiées par le concours (après harmonisation le cas échéant). Courbe : estimation par une loi normale.
Corrigé détaillé
44 questionsIndice, stratégie puis corrigé complet pour chaque question.Afficher ou masquer la section
Corrigé détaillé
44 questions44 questions corrigées une à une : un indice, puis la stratégie, puis le corrigé complet avec le résultat encadré. Chaque question est vérifiée avant publication.
- Q1Établir l'expression de la puissance fournie par le générateur au récepteur en fonction de, et. Pour quelle…
- Q2Donner les expressions de la tension complexe aux bornes d'entrée du récepteur et de l'intensité qui le…
- Q3Quelle est l'expression de la puissance moyenne consommée par le récepteur en fonction de, et puis en…
- Q4En admettant que, déterminer, en fonction de, la valeur de qui rend la puissance moyenne maximale. Donner…
- Q5On désire alimenter de manière optimale un haut-parleur modélisé par une résistance en série avec une bobine…
- Q6Y a-t-il adaptation d'impédance entre le générateur et le récepteur du montage de la figure 2 ?
- Q7La tension est la tension aux bornes de la résistance de la figure 2. Établir l'expression de la fonction de…
- Q8Quel dipôle du récepteur consomme de la puissance ? En déduire l'expression de la puissance moyenne…
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- Q9On a représenté figure 3, en coordonnées réduites, la puissance moyenne consommée par le récepteur. Pour…
- Q10On se place dans les conditions de la figure 3. Quelle inductance faut-il utiliser pour que le transfert de…
- Q11Représenter, sur le document réponse qui reproduit la figure 5, le champ électrique aux points, et. Tracer…
- Q12Rappeler l'expression de la densité volumique d'énergie électrique en fonction du champ électrique et de la…
- Q13Quand les effets de bord ne sont pas négligeables, la capacité du condensateur s'écarte de. En se fondant…
- Q14À l'aide de ce graphe, évaluer les constantes et. Calculer pour le condensateur de la figure 5.
- Q15Compléter les lignes 19 à 21 en utilisant les informations figurant dans les données, en fin de sujet…
- Q16Établir deux relations entre les grandeurs,,,,,,,, et, traduisant le couplage magnétique entre les deux…
- Q17Représenter, dans un diagramme de Fresnel où l'intensité forme la référence des phases, les quatre…
- Q18On a pris. Comment est modifié le diagramme de Fresnel précédent ? Si est fixée à la même valeur que dans le…
- Q19Exprimer la force de Lorentz subie par un porteur de charge libre de variété. En admettant un régime de…
- Q20Montrer que l'on peut écrire et exprimer et en fonction des paramètres relatifs à l'arséniure d'indium…
- Q21Pour l'arséniure d'indium,. En déduire la densité de porteurs et la conductivité. Comparer cette valeur à…
- Q22Montrer que. En déduire l'expression de la différence de potentiel, dite tension de Hall, en fonction de, et…
- Q23Montrer que la mesure de la tension permet d'obtenir une valeur proportionnelle au produit. Évaluer la…
- Q24Donner la population de la maille représentée sur la figure 10. Justifier l'électro-neutralité du cristal…
- Q25Déterminer et calculer le paramètre de maille en fonction des rayons ioniques et. En déduire l'expression de…
- Q26On considère que le spectre du signal est contenu dans l'intervalle de fréquence. Rappeler la condition dite…
- Q27On a représenté figure 12b le signal sur les deux premiers intervalles de temps et. Pour chaque intervalle…
- Q28Exprimer la tension en fonction de et. Quel est l'intérêt de ce montage ?
- Q29Le signal de sortie du modulateur est noté. Exprimer en fonction de selon la valeur du signal de commande.
- Q30Proposer le schéma d'un montage actif intégrant un signal d'entrée par rapport au temps. Donner l'expression…
- Q31Exprimer en fonction de, et des différentes constantes du montage. Montrer que l'on a bien obtenu le…
- Q32Préciser la nature de ce filtre.
- Q33Exprimer le gain de l'amplificateur. Quand l'interrupteur est fermé, montrer que la tension peut être…
- Q34Quelle est l'expression de qui permet de stabiliser les oscillations, et pourquoi ? En particulier, quelle…
- Q35Écrire les deux demi-équations rédox relatives au couples et. En déduire la réaction bilan d'oxydation du…
- Q36En déduire l'expression et la valeur à de la constante d'équilibre. S'il n'y a pas de blocage cinétique de…
- Q37Pourquoi peut-on s'attendre à ce qu'une augmentation du pH défavorise thermodynamiquement l'équation bilan…
- Q38Exprimer les potentiels des couples mis en jeu à la question Q35 en fonction du pH, pour. On notera le…
- Q39Écrire l'équation de demi-réaction ayant lieu sur l'électrode de nickel, en milieu basique. Exprimer et…
- Q40Le schéma simplifié (figure 15b) de l'accumulateur est reproduit sur le document réponse. Compléter le…
- Q41Préciser en quel endroit de l'accumulateur (schéma de la figure 15a) le précipité va se former et dans…
- Q42Une batterie formé d'une association série de cellules élémentaires Li-air, identiques à l'accumulateur…
- Q43Est-ce à la charge ou à la décharge de l'accumulateur que l'on a besoin d'une réaction rapide ? Justifier…
- Q44Proposer, sur un schéma simple, une réalisation de l'interrupteur, de telle sorte que la commutation entre…
Description
Le sujet étudie plusieurs aspects du transfert, de la mesure et du stockage de l'énergie électrique, en quatre parties indépendantes. Il traite l'adaptation d'impédance et le transfert résonnant en régime sinusoïdal, le transfert d'énergie sans contact par couplage capacitif ou magnétique, différentes méthodes de mesure de puissance électrique, et le fonctionnement électrochimique d'un accumulateur lithium-air.
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Physique-chimie 1
PSICalculatrice autorisée
Transferts, mesures et stockage d'énergie électrique
Partie A - Transfert filaire
I - Adaptation d'impédance

- Q1.Établir l'expression de la puissance
P_g fournie par le générateur au récepteur en fonction dee_0, r_i etr_e . Pour quelle valeur der_e cette puissance est-elle maximale,r_i ete étant fixés? Donner dans ce cas l'expression de la puissance maximaleP_(g, max) en fonction dee_0 et der_i .
- Q2.Donner les expressions de la tension complexe
u_–_e aux bornes d'entrée du récepteur et de l'intensitéi_–_e qui le traverse en fonction dee_–, Z_–_i etZ_–_e . - Q3.Quelle est l'expression de la puissance moyenne
P_a consommée par le récepteur en fonction deZ_e, φ_e etI_(e, eff) puis en fonction deE_(0, eff), Z_e, Z_i, φ_e etφ_i ? - Q4.En admettant que
φ_i = − φ_e , déterminer, en fonction deZ_i , la valeur deZ_e qui rend la puissance moyenneP_a maximale. Donner l'expression de cette puissance maximaleP_(a, max) . Pour cette valeurP_(a, max) deP_a , donner la puissance dissipéeP_(diss) dans l'impédance interne du générateur. Commenter.
- Q5.On désire alimenter de manière optimale un haut-parleur modélisé par une résistance
r_e = 6Ω en série avec une bobine d'inductanceℓ_e = 0, 5mH , sous une fréquencef = 1kHz . Quel serait l'association de dipôles formantZ_–_i respectant l'adaptation d'impédance? On précisera la nature et la valeur associées aux dipôles.
II - Transfert résonnant

- Q6.Y a-t-il adaptation d'impédance entre le générateur et le récepteur du montage de la figure 2?
- Q7.La tension
u_s est la tension aux bornes de la résistanceR de la figure 2. Établir l'expression de la fonction de transfertH_– = (u_–_s)/(e_–) . On écrira la fonction de transfert sous la forme :
H_– = (H_0)/(1 + jω/(Qω_0) − (ω^2)/(ω_0^2))
et on donnera les expressions deH_0, Q etω_0 en fonction deR, L etC .
- Q8.Quel dipôle du récepteur consomme de la puissance ? En déduire l'expression de la puissance moyenne
P_a consommée par le récepteur en fonction deU_(s, eff) et d'un des paramètres du récepteur. Montrer que la dépendance en fréquence de la puissance consommée est donnée par :P_a = (P_(a, 0))/((1 − (ω^2)/(ω_0^2))^2 + (ω^2)/(Q^2 ω_0^2)). ExprimerP_(a, 0) en fonction deE_(0, eff) et d'autre(s) paramètre(s).
Figure 3 - Puissance consommée en fonction de la pulsation, en coordonnées réduitesx = ω/(ω_0) ety = (P_a)/(P_(a, 0)) . Le graphe de droite est un agrandissement du graphe de gauche au voisinage de l'abscissex = 1 . - Q9.On a représenté figure 3, en coordonnées réduites, la puissance moyenne consommée par le récepteur. Pour quelle valeur de
Q est-elle tracée? Évaluer l'écart relatif(δω)/(ω_0) entre la pulsation du maximum de puissance moyenne etω_0 . Comment cet écart dépend-il deQ ? Justifier. - Q10.On se place dans les conditions de la figure 3. Quelle inductance
L faut-il utiliser pour que le transfert de puissance soit maximal à la fréquencef_0 = 200kHz siC = 20pF ? Avec ces valeurs, on veut transférer une puissanceP_(a, max) = 1 kW pourE_(0, eff) = 100 V . Quelle valeur de la résistanceR doit-on utiliser ? Quel écart de fréquence est acceptable si la puissance ne s'écarte pas de plus de 10% de la valeur maximale? Commenter, sachant que la capacitéC est susceptible de grandes variations. Quelle solution proposeriez-vous?
Partie B - Transfert d'énergie sans contact
I - Couplage capacitif
Sur la figure 5 sont représentées, en coupe, des équipotentielles d'un condensateur plan dont les armatures sont placées respectivement à
- Q11.Représenter, sur le document réponse qui reproduit la figure 5, le champ électrique
E⃗ aux pointsA, B etC . Tracer et orienter les lignes de champ passant par ces points. Évaluer numériquement la norme du champ électrique enA et enC .
- Q12.Rappeler l'expression de la densité volumique d'énergie électrique
u_E en fonction du champ électriqueE⃗ et de la permittivité du videε_0 . En admettant que le champ électrique est uniforme et localisé uniquement entre les armatures, déduire de l'expression de l'énergie emmagasinéeU_E dans un condensateur l'expression de sa capacitéC_0 en fonction ded, ℓ et deε_0 . CalculerC_0 .
Figure 4 - Couplage capacitif sans contact
Figure 5 - Topographie des équipotentielles entre les armatures d'un condensateur plan pourd = 11 cm etℓ = 48 cm . En trait plein les équipotentielles positives, en pointillés les équipotentielles négatives. Deux équipotentielles voisines sont séparées de 10 V. - Q13.Quand les effets de bord ne sont pas négligeables, la capacité
C_(réel) du condensateur s'écarte deC_0 . En se fondant par exemple sur la figure 5, justifier sommairement queC_(réel) > C_0 .

Les incertitudes-types des valeurs
import numpy as np
## Mesures
x=np.array([-2.3, -1.61, -1.2, -0.92, -0.69, -0.51, -0.36, -0.22, -0.11, 0.0])
y=np.array([-1.2, -0.61, -0.23, 0.02, 0.2, 0.34, 0.48, 0.59, 0.73, 0.77])
## Incertitude-type
u_y=0.05
## Nombre de tirages aleatoires
N=10000
## Initialisation des listes des pentes et ordonnées à l'origine
a,b=[],[]
## Tirages aléatoires
for i in range(N):
Y_i=[]
for j in range(...):
Y_i.append(...)
a_i,b_i=...
a.append(a_i)
b.append(b_i)
## Moyennes et écart-types des régressions linéaires
a_m,u_a=np.average(a),np.std(a,ddof=1)
b_m,u_b=np.average(b),np.std(b,ddof=1)
## kappa et u_kappa
kappa=np.exp(b_m)
u_kappa=kappa*u_b
## Affichage
print('kappa=',kappa,'u_kappa=',u_kappa)
print('beta=',a_m,'u_beta=',u_a)
- Q15.Compléter les lignes 19 à 21 en utilisant les informations figurant dans les données, en fin de sujet. Justifier les lignes 30 et 31 donnant la moyenne et l'écart-type du paramètre
κ .
II - Couplage magnétique

- Q16.Établir deux relations entre les grandeurs
u_–_e, u_–_s, i_–_e, i_–_s, L_1, L_2, C_1, C_2, M etω , traduisant le couplage magnétique entre les deux circuits. Les capacitésC_1 etC_2 sont choisies de telle sorte queL_1 C_1 ω^2 = L_2 C_2 ω^2 = 1 (cas idéal). En déduire une simplification des relations précédentes. Quel est le rôle des condensateurs ? CalculerC_1 .
- Q17.Représenter, dans un diagramme de Fresnel où l'intensité
i_–_e forme la référence des phases, les quatre grandeursi_–_e, u_–_e, u_–_s eti_–_s dans le cas des relations simplifiées de la question précédente. Quelle est la puissanceP transférée à la batterie ? - Q18.On a pris
C_1 = 40nF . Comment est modifié le diagramme de Fresnel précédent? SiU_(e, eff) est fixée à la même valeur que dans le cas idéal, évaluer la variation de puissance transférée.
Partie C - Mesures de puissances
I - Multiplicateur à effet Hall
La plaquette est placée dans un champ magnétique

Dans l'arséniure d'indium, les porteurs de charge principaux sont les électrons libres, de charge
On pose
La plaquette est insérée dans l'entrefer d'épaisseur

II - Le cristal

III - Multiplicateur numérique à modulation d'amplitude
Le signal
- Q26.On considère que le spectre du signal
u(t) est contenu dans l'intervalle de fréquence[0, F] . Rappeler la condition dite de Nyquist-Shannon permettant un échantillonnage satisfaisant de ce signal.


- Q27.On a représenté figure 12b le signal
S(t) sur les deux premiers intervalles de tempsn = 0 etn = 1 . Pour chaque intervalle de temps[nT_e, (n + 1)T_e] , la durée pour laquelleS(t) > 0 est notéeα_n T_e oùα_n est le rapport cyclique. Exprimerα_n en fonction deu_n etU_0 .
Q28. Exprimer la tension
La tension

Q30. Proposer le schéma d'un montage actif intégrant un signal d'entrée
Q31. Exprimer

Q33. Exprimer le gain
-
R_(com) = R_0 + r/(1 + (A_(osc))/(V_0)) -
R_(com) = R_0 − r/(1 + (A_(osc))/(V_0)) ,
oùR_0, r etV_0 sont des constantes positives caractéristiques de la résistance commandée.
Q34. Quelle est l'expression deR_(com) qui permet de stabiliser les oscillations, et pourquoi ? En particulier, quelle valeur faut-il donner àr pour obtenirA_(osc) = 7 V ? On prendraR = 5kΩ, R_0 = 125kΩ etV_0 = 5 V .
Partie D - Accumulateur lithium-air
I - Stabilité du lithium
Q35. Écrire les deux demi-équations rédox relatives au couples
II - Fonctionnement de l'accumulateur

- Q40.Le schéma simplifié (figure 15b) de l'accumulateur est reproduit sur le document réponse. Compléter le document réponse en indiquant, lorsque l'accumulateur est en décharge :
- -les polarités des électrodes (±);
- -le sens de déplacement des électrons ;
- -le sens du courant dans le circuit;
- -la nature des électrodes (anode, cathode);
- -les réactions ayant lieu sur chacune d'entre elles;
- -le déplacement des ions dans l'électrolyte.
Li^+ dans la solution basique permet la formation d'un précipité d'hydroxyde de lithium (ou lithine) LiOH. - Q41.Préciser en quel endroit de l'accumulateur (schéma de la figure 15a) le précipité va se former et dans quelle condition (charge ou décharge de l'accumulateur). Quel problème cela peut-il poser?
- Q42.Une batterie formé d'une association série de cellules élémentaires Li-air, identiques à l'accumulateur étudié précédemment, équipe un véhicule électrique. À partir des données du tableau 1, estimer la masse maximale de lithine LiOH qui peut se déposer dans la batterie.
Consommation pour 100 km 15 kW ⋅ h Tension aux bornes de la batterie 400 V F.e.m. d'une cellule élémentaire Li-air 3 V Densité volumique maximale d'énergie stockée W_(max) = 2, 2 kW ⋅ h ⋅ L^(− 1) Autonomie maximale du véhicule 600 km Tableau 1 - Caractéristiques d'un véhicule électrique et de sa batterie
- Q43.Est-ce à la charge ou à la décharge de l'accumulateur que l'on a besoin d'une réaction rapide? Justifier l'intérêt de l'une ou de l'autre électrode selon le fonctionnement de l'accumulateur en charge ou en décharge.
- Q44.Proposer, sur un schéma simple, une réalisation de l'interrupteur
K , de telle sorte que la commutation entre les deux électrodes soit spontanée.
Données et formulaire
| Permittivité du vide |
|
| Perméabilité du vide |
|
| Kilowattheure |
|
| Charge élémentaire |
|
| Mobilité de l'électron dans AsIn |
|
| Rayons ioniques |
|
| Masse molaires |
|
| Nombre d'Avogadro |
|
| Potentiels standard |
|
| Produit ionique de l'eau à 298 K |
|
| Constante de Nernst à 298 K |
|
| Constante de Faraday |
|
| Constante des gaz parfaits |
|
| Masse molaire du lithium |
|
| Masse molaire de l'oxygène |
|
| Masse molaire de l'hydrogène |
|
np.polyfit
np.random.uniform
np.average




Les candidats doivent rendre ce document réponse avec leur copie, même s'ils ne l'ont pas utilisé




Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte le sujet de physique-chimie 1 Centrale PSI 2026 ?Afficher ou masquer la section
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte le sujet de physique-chimie 1 Centrale PSI 2026 ?
Il porte sur la puissance électrique en régime sinusoïdal, les circuits RLC, l'induction et le couplage de circuits, l'électronique à amplificateurs linéaires intégrés, la cristallographie et l'oxydoréduction.
Les quatre parties du sujet sont-elles indépendantes ?
Oui, l'énoncé précise que le problème comporte quatre parties indépendantes : transfert filaire, transfert sans contact, mesures de puissances et accumulateur lithium-air.
Y a-t-il une question de programmation en Python dans ce sujet ?
Oui, la question 15 demande de compléter un code Python réalisant une méthode de Monte-Carlo pour estimer les incertitudes-types de deux paramètres obtenus par régression linéaire.
Quels résultats de cours faut-il maîtriser pour traiter ce sujet ?
La puissance moyenne en régime sinusoïdal, l'étude des circuits résonnants, l'induction électromagnétique, le fonctionnement des amplificateurs linéaires intégrés, la cristallographie des solides ioniques et l'utilisation des diagrammes potentiel-pH.
Pas de description pour le moment
