E3A Physique PSI 2008Sujet, corrigé et rapport du jury
- Effet de peau et courants de Foucault
- Équations de Maxwell en ARQS
- Ondes élastiques dans un solide
- Modes propres et régime sinusoïdal forcé
- Réflexion et transmission d'une onde acoustique
Téléchargements
Présentation du sujet
DifficileTechniques de contrôle non destructif : courants de Foucault dans une plaque métallique et ondes ultrasonores dans une barre métalliqueAfficher ou masquer la section
Présentation du sujet
DifficileLe problème comporte deux parties totalement indépendantes. La première étudie les courants induits par effet de peau dans une plaque métallique et leur application à la détection de fissures par courants de Foucault. La seconde étudie la propagation d'ondes ultrasonores dans une barre métallique, ses modes propres, son régime forcé, puis le contrôle non destructif par ultrasons d'une pièce soudée.
- 1Première partie : courants de Foucault dans une plaque métalliquePropagation d'une onde électromagnétique dans un demi-espace métallique infini (effet de peau) puis détection d'une fissure superficielle par un capteur électromagnétique.
- 2Deuxième partie : propagation d'une onde ultrasonore dans une barre métalliqueÉtude de la barre en traction, modèle de la chaîne infinie d'oscillateurs, fréquences propres et régime sinusoïdal forcé d'une barre, puis contrôle non destructif par ultrasons d'une pièce soudée par friction.
Difficile. La moyenne de l'épreuve n'est que de 8,70/20 avec un écart-type de 4,08, et le rapport signale un nombre élevé de copies vides de résultats corrects, malgré des questions de début de partie qualifiées de 'cours déguisées'.
L'épreuve en chiffres
Moyenne 8,7 / 20 · écart-type 4,08 · où vous situez-vous ?Afficher ou masquer la section
L'épreuve en chiffres
- Moyenne
- 8,7/ 20
- Écart-type
- 4,08
Votre note sur 20 à ce sujet, en conditions de concours.
Source : rapport du jury. Notes publiées par le concours (après harmonisation le cas échéant). Courbe : estimation par une loi normale.
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesOrientation de H et J mal justifiée · Confusion entre diffusion, dispersion et propagation · Confusion entre flux de Poynting et perte par effet JouleAfficher ou masquer la section
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesLe sujet, centré sur le contrôle non destructif, mobilisait électromagnétisme, effet de peau et ondes élastiques des programmes de première et seconde années. Les questions de début de partie, proches du cours, ont permis aux candidats sérieusement préparés de prendre une avance nette sur les autres. Le jury déplore des explications vagues, des contresens et un manque récurrent de vérification physique des résultats (homogénéité, cas limites).
Les erreurs les plus sanctionnées
- 1Orientation de H et J mal justifiée
De nombreux candidats ne trouvent pas les bons arguments physiques pour orienter correctement le champ H et la densité de courant J dans la plaque.
« Beaucoup de candidats n'ont pas trouvé les bons arguments pour orienter correctement H et J »
- 2Confusion entre diffusion, dispersion et propagation
Le rapport relève des confusions fréquentes entre équation de diffusion et équation de dispersion, ainsi qu'entre équations de Laplace, de Poisson et de d'Alembert.
« De nombreuses confusions sont à déplorer entre équation de diffusion et équation de dispersion »
- 3Confusion entre flux de Poynting et perte par effet Joule
Cette confusion s'accompagne d'une mauvaise distinction entre moyenne temporelle et sommation spatiale.
« Confusions également entre flux du vecteur de Poynting et perte par effet Joule »
- 4Comparaison hasardeuse entre ressorts et résistances
Le passage du modèle de ressorts en série ou en parallèle à celui des résistances électriques est source d'erreurs, avec une raideur équivalente souvent non homogène.
« Les erreurs couramment rencontrées concernent la comparaison hasardeuse entre ressorts et résistances en parallèle et série »
- 5Définition de l'onde progressive mal connue
Cette notion de base, pourtant centrale pour l'étude de la barre infinie, est très mal maîtrisée par les candidats.
« Définition d'une onde mécanique progressive très mal connue »
- 6Tentatives de triche sur des résultats connus
Le jury signale des candidats prêts à truquer un calcul pour retrouver un résultat attendu, ce qui rend suspectes les réponses suivantes.
« Ne pas savoir n'est pas une tare, être malhonnête l'est »
Ce qui a été bien réussi
- Les questions de début de partie, assimilables à des questions de cours, ont permis aux candidats bien préparés d'engranger rapidement des points.
- Les meilleurs candidats ont pu traiter entièrement la partie sur les courants de Foucault.
Conseils du jury
- Systématiquement vérifier l'homogénéité, les cas limites et le sens physique d'un résultat, surtout après un passage en complexes.
- Préférer admettre un résultat non trouvé plutôt que de truquer un calcul pour y parvenir.
- Apprendre le cours en se demandant de quoi il s'agit, ce qu'on en a compris et quelles en sont les applications concrètes.
- S'entraîner à rédiger des réponses concises et claires, et à calculer en temps chronométré.
Synthèse rédigée par WikiPrépa à partir du rapport officiel du jury (à télécharger en PDF). Les citations sont extraites du rapport.
Ces sujets peuvent vous intéresser
Lecture du sujet en ligne
L'énoncé complet, avec les formules et les figures, sans ouvrir le PDF.Afficher ou masquer la section
Lecture du sujet en ligne
CONCOURS ENSAM - ESTP - ARCHIMEDE
Épreuve de Physique PSI
Durée 3 h
L'usage de calculatrices est autorisé.
Techniques de contrôle non destructif
- les explications des phénomènes étudiés interviennent dans la notation au même titre que les développements analytiques et les applications numériques;
- tout au long de l'énoncé, les paragraphes en italique ont pour objet d'aider à la compréhension du problème ;
- tout résultat fourni dans l'énoncé peut être admis et utilisé par la suite, même s'il n'a pas été démontré par les candidat(e)s.
PREMIERE PARTIE COURANTS DE FOUCAULT DANS UNE PLAQUE METALLIQUE

A / PROPAGATION D'UNE ONDE DANS UN DEMI-ESPACE INFINI METALLIQUE
A. 1 Quelle relation lie
A. 2 Montrer qu'une solution
A. 3 Déduire de l'équation de Maxwell-Ampère la composante de la densité volumique de courant
A. 4 Ecrire, d'après l'équation de Maxwell-Faraday, une équation aux dérivées partielles vérifiée par H . Procéder de même pour J. De quel type d'équation s'agit-il ?
A. 5 En déduire les deux équations différentielles auxquelles satisfont
A. 6 Résoudre ces deux équations en posant
Calculer la valeur numérique de
A. 7 En revenant aux grandeurs réelles, préciser les expressions de
A. 8 Définir puis exprimer la moyenne temporelle de la puissance volumique
A. 9 Expliquer qualitativement comment réagit la plaque au champ produit par l'inducteur b.
B I CONTROLE NON DESTRUCTIF PAR COURANTS DE FOUCAULT
B. 1 Représenter, à l'aide d'une figure (dans le plan Oxz) les lignes de champ du champ magnétique produit par le fil dans l'air.
B. 2 En un point
Tracer les lignes de champ de ce champ résultant et montrer qu'elles se déforment dans le temps, par exemple pour

.jpg)
B. 3 A quelles conditions sur I et
.jpg)
B. 4 Déterminer la tension
B. 5 La tension induite aux bornes du capteur prend la forme :
B. 6 Est-il possible de détecter des fissures à l'intérieur de la plaque? Jusqu'à quelle profondeur?
B. 7 Pourquoi cette configuration (orientations des axes de l'inducteur b et de la bobine b') ne permet-elle pas de détecter des fissures parallèles à l'axe Oz? Comment détecter une fissure parallèle à l'axe Oz ?
DEUXIEME PARTIE PROPAGATION D'UNE ONDE ULTRASONORE DANS UNE BARRE METALLIQUE
A / ETUDE DE LA BARRE EN TRACTION

A2. Montrer simplement que la barre se comporte comme un ressort de raideur
A5. Etablir la raideur
Evaluer, dans la barre, le nombre de ressorts en série par chaîne, puis le nombre de chaînes de ressorts élémentaires en parallèle.
B / MODELE DE LA CHAINE INFINIE D'OSCILLATEURS


B2. A quelle condition sur
Mettre en évidence une pulsation de coupure
Comment la barre se comporte-t-elle alors ?
L'acier est assimilé à du fer de masse molaire
Calculer ainsi les valeurs de
En utilisant une approximation de milieu continu, il est possible d'écrire:
Donner la solution générale de cette équation. Qu'est-ce qu'une onde progressive ? Quelle grandeur joue le rôle du module d'Young dans le cas de la propagation d'une onde sonore dans un fluide?
Application numérique : calculer la vitesse V de l'onde sonore dans la barre d'acier.
Une onde
Déterminer la contrainte de traction
Quelle relation lie
Calculer l'énergie totale emmagasinée par unité de longueur et la puissance moyenne
C / FREQUENCES PROPRES D'UNE BARRE
Quelle relation
La barre est fixée en
C2. Quelles sont les conditions limites sur
Donner les trois premières solutions particulières
Dessiner les graphes correspondants de
Préciser les points
D / REGIME FORCE SINUSOIDAL
Exprimer la solution sous la forme
Expliquer comment à partir d'un vibreur et d'un accéléromètre, il est possible de trouver expérimentalement la valeur du module d'Young de la barre.
E / CONTROLE NON DESTRUCTIF PAR ULTRASONS
.jpg)
Figure 8


E. 2 Quels sont les ordres de grandeur du coefficient de réflexion énergétique
Par quel procédé est-il possible d'augmenter la valeur de
La base de temps de l'oscilloscope est réglée pour que l'écho associé à un double allerretour (
E. 3 Quelle est la durée de l'émission
E. 4 Le palpeur est placé en C sur la tige d'une soupape de moteur thermique de longueur
E. 5 Certaines soupapes présentent un défaut de soudure (soudure avant forgeage par friction) en
Questions fréquentes
4 questionsLe sujet E3a physique PSI 2008 porte-t-il sur le contrôle non destructif ?Afficher ou masquer la section
Questions fréquentes
4 questionsLe sujet E3a physique PSI 2008 porte-t-il sur le contrôle non destructif ?
Oui, il étudie la détection de fissures par courants de Foucault puis par ultrasons, à travers l'électromagnétisme et les ondes élastiques dans un solide.
Le sujet E3a physique PSI 2008 est-il difficile ?
Oui, la moyenne n'était que de 8,70/20 avec un écart-type de 4,08, et le rapport signale de nombreuses copies sans résultats corrects.
Quelles erreurs le jury a-t-il le plus relevées sur E3a physique PSI 2008 ?
Une mauvaise orientation des champs H et J, des confusions entre diffusion et dispersion, entre flux de Poynting et effet Joule, et une définition floue de l'onde progressive.
Faut-il bien connaître l'effet de peau pour ce sujet E3a PSI 2008 ?
Oui, la première partie repose entièrement sur la propagation d'une onde électromagnétique dans un métal et l'effet de peau qui en résulte.
Pas de description pour le moment
