Mines Physique 1 PSI 2026Sujet, corrigé et rapport du jury
Autour de jets d'eau
Faisable en sup ?
Ce sujet demande la 2e année : aucune question ne se traite avec le seul programme de PCSI.
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Présentation du sujet
DifficileJets d'eau : efforts sur une lance à incendie, relations de Bernoulli, pertes de charge et fragmentation par tension superficielleAfficher ou masquer la section
Présentation du sujet
DifficileLe sujet porte essentiellement sur la mécanique des fluides, avec l'étude de jets d'eau dans une conduite souple puis rigide, puis à l'air libre. Une courte partie I établit les bilans dynamique et énergétique pour un système ouvert. Suivent trois parties largement indépendantes : les efforts sur une lance à incendie, la hauteur d'un jet vertical avec les pertes de charge, et la fragmentation d'un jet en gouttes sous l'effet de la tension superficielle.
- 1Partie I : bilans pour un système ouvertOn établit, à l'aide d'un système fermé bien défini, les bilans de quantité de mouvement et d'énergie cinétique pour un écoulement permanent.
- 2Partie II : efforts sur une lance à incendieOn décrit les forces de tension dans le tuyau souple, la force exercée par l'eau et l'action que le pompier doit exercer, avec des ordres de grandeur.
- 3Partie III : relations de Bernoulli et pertes de chargeOn relie la hauteur atteinte par un jet vertical à la surpression à la base, en tenant compte des pertes de charge régulières et singulières dans la conduite.
- 4Partie IV : tension superficielle et fragmentation du jetÀ partir des notions introduites par l'énoncé, on étudie l'énergie de surface d'un jet déformé sinusoïdalement et sa fragmentation en gouttes.
Difficile. Le jury signale plusieurs questions difficiles, peu et mal abordées, une partie IV peu traitée, et une part importante des questions abordées n'ayant rapporté aucun point.
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesSystème fermé mal défini · Sens de la force affirmé sans calcul · Système non redéfiniAfficher ou masquer la section
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesLe sujet a permis un étalement très satisfaisant des notes : les plus faibles ont été classés sur les questions proches du cours, les autres sur les questions les plus difficiles, où chaque effort significatif a été valorisé. Le jury constate qu'il n'existe pratiquement aucune corrélation entre le nombre de questions abordées et la note. Les ordres de grandeur des forces et la prise en compte des pertes de charge ont posé de grandes difficultés.
Les erreurs les plus sanctionnées
- 1Système fermé mal définiQ1, Q2, Q3
Les bilans de la partie I exigent un système fermé explicite et la justification du régime permanent. Des résultats voisins ont été confondus, comme le principe fondamental de la dynamique et le théorème du centre d'inertie.
« un écoulement incompressible n’est pas pour autant isobare »
- 2Sens de la force affirmé sans calculQ4, Q5
Il fallait définir le système (tuyau ou eau), mener un calcul vectoriel ou projeté et en déduire le sens de la force. Une inégalité sur la norme ne permet aucune conclusion.
« Le jury a d’ailleurs été surpris de lire souvent le résultat contraire, faux et contre-intuitif. »
- 3Système non redéfiniQ6
La question 6, encore moins bien traitée, demandait de changer explicitement de système mécanique.
« Il fallait ici explicitement changer la définition du système mécanique étudié. »
- 4Résultats invraisemblables laissés tels quelsQ8, Q9, Q10
Des forces et des hauteurs de jet aberrantes ont été données sans commentaire, alors qu'une application numérique simple devait alerter.
« Lorsque l’erreur est manifeste, laisser un résultat visiblement faux dans la copie comme si de rien n’était n’est pas acceptable. »
- 5Nombres sans dimension mal comprisQ11
La notion de nombre sans dimension n'est pas familière à tous, et le coefficient f a parfois été confondu avec le coefficient de traînée.
- 6Pertes de charge combinéesQ12, Q13
Il fallait tenir compte à la fois des pertes de charge régulière et singulière et du rétrécissement de section ; le résultat n'était pas une formule usuelle.
« Il s’agit de questions difficiles, abordée dans assez peu de copies et avec un taux d’échec élevé. »
Ce qui a été bien réussi
- De nombreux candidats ont répondu correctement à la question 14, en justifiant l'unité demandée.
- Une étude énergétique bien menée a permis à certains candidats de réussir la fin de la question 11.
- Le jury a valorisé chaque effort significatif sur les questions les plus difficiles, même non abouties.
Conseils du jury
- Définir explicitement le système étudié et en changer quand la question l'exige.
- Connaître les conditions d'application de chaque résultat du cours, pas seulement des formules.
- Vérifier l'homogénéité et la vraisemblance de chaque résultat : signe, sens d'un vecteur, ordre de grandeur des forces, vitesses et pressions.
- Rédiger les questions de cours de façon complète, avec des schémas clairs et légendés.
- Relire chaque réponse après rédaction pour en vérifier la justification et la mise en valeur.
- Rédiger dans l'ordre de l'énoncé plutôt que de survoler un grand nombre de questions.
Synthèse rédigée par WikiPrépa à partir du rapport officiel du jury (à télécharger en PDF). Les citations sont extraites du rapport.
Corrigé détaillé
22 questionsIndice, stratégie puis corrigé complet pour chaque question.Afficher ou masquer la section
Corrigé détaillé
22 questions22 questions corrigées une à une : un indice, puis la stratégie, puis le corrigé complet avec le résultat encadré. Chaque question est vérifiée avant publication.
- Q1Déterminer la variation de la quantité de mouvement d'un système fermé, que l'on définira soigneusement et…
- Q2Déterminer la variation de l'énergie cinétique de pendant la durée. En déduire la relation, avec la…
- Q3Prouver que la composante de cette vitesse est constante tout le long du tuyau. Dans la suite, on notera…
- Q4Par un bilan appliqué à la surface de contrôle comprise entre et, montrer que, on exprimera en fonction des…
- Q5Exprimer en fonction de et des données. Déterminer l'expression de en fonction de et Le pompier doit-il…
- Q6Exprimer la composante de la résultante des actions exercées par l'eau sur la lance en fonction de et de
- Q7Exprimer la relation de Bernoulli entre l'entrée et la sortie de la lance. Montrer que la tension s'écrit…
- Q8Evaluer numériquement et.
Voir les 14 autres questionsMasquer les autres questions
- Q9Exprimer en fonction de et des données.
- Q10Exprimer en fonction de la surpression et des données. En déduire sous ces hypothèses. Cette hauteur…
- Q11Indiquez deux nombres sans dimension dont dépend. Donner le nom d'une représentation graphique de en…
- Q12Exprimer en fonction de et des rapports et. On vérifiera la cohérence du résultat lorsque l'on néglige…
- Q13Déterminer numériquement les valeurs de et avec et sans le rétrécissement. On présentera ses résultats en…
- Q14Quelle est l'unité de la tension superficielle ?
- Q15En utilisant la conservation du volume appliquée à la tranche comprise entre et, exprimer en fonction de et…
- Q16Toujours en se limitant au second ordre en, montrer que où est un coefficient que l'on exprimera en fonction…
- Q17Exprimer au premier ordre en, l'écart de pression entre l'intérieur et l'extérieur du jet en fonction de et…
- Q18En se contentant d'une analyse dimensionnelle, exprimer le temps typique pour que le jet se brise en…
- Q19En se limitant au premier ordre en, montrer que où est un facteur purement numérique que l'on déterminera.
- Q20En appliquant la relation fondamentale au centre de gravité de la tranche, obtenir une équation…
- Q21Expliquer pourquoi il est raisonnable de supposer que le jet se coupe en fractions de longueur. En se…
- Q22Déterminer numériquement la distance de l'orifice à partir de laquelle le jet se sectionne en gouttes…
Description
Le sujet porte essentiellement sur la mécanique des fluides, avec l'étude de jets d'eau dans une conduite souple puis rigide, puis à l'air libre. Une courte partie I établit les bilans dynamique et énergétique pour un système ouvert. Suivent trois parties largement indépendantes : les efforts sur une lance à incendie, la hauteur d'un jet vertical avec les pertes de charge, et la fragmentation d'un jet en gouttes sous l'effet de la tension superficielle.
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L'énoncé complet, avec les formules et les figures, sans ouvrir le PDF.Afficher ou masquer la section
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ÉCOLE NATIONALE DES PONTS et CHAUSSÉES, ISAE-SUPAERO, ENSTA, TÉLÉCOM PARIS, MINES PARIS - PSL, MINES SAINT-ÉTIENNE, MINES NANCY, IMT ATLANTIQUE, ENSAE PARIS, CHIMIE PARISTECH - PSL.
Durée de l'épreuve : 3 heures
L'usage de la calculatrice ou de tout dispositif électronique est interdit.
Si, au cours de l'épreuve, un candidat repère ce qui lui semble être une erreur d'énoncé, il le signale sur sa copie et poursuit sa composition en expliquant les raisons des initiatives qu'il est amené à prendre.
Autour de jets d'eau
Le problème comporte quatre parties totalement indépendantes.
Mis à part pour le jet de la partie III, la gravité n'intervient pas dans ce problème. Quand elle existe, la réaction du sol compense simplement le poids et on pourra n'écrire que la composante horizontale du bilan de quantité de mouvement.
On rappelle aussi que la résultante des actions de la pression atmosphérique uniforme sur une surface fermée est nulle. La puissance de ces actions sur un fluide incompressible est aussi nulle. Pour simplifier les raisonnements, dans les parties I, II et III, on prendra la pression atmosphérique extérieure comme référence et on travaillera avec les surpressions (écart à la pression atmosphérique). En particulier, les forces à déterminer ne prendront donc pas en compte l'action de la pression atmosphérique.
Toutes les réponses devront être justifiées. Une réponse donnée sans justification ne sera pas prise en compte. Les valeurs numériques seront fournies avec un chiffre significatif. Les vecteurs sont surmontés d'une flèche
I Bilans de quantité de mouvement et d'énergie mécanique

On note
- □- 1. Déterminer la variation
dp⃗ de la quantité de mouvement d'un système ferméS_F(t) , que l'on définira soigneusement et incluant notammentΣ(t) , pendant la duréedt .
En déduire la relationμQ(v⃗_s − v⃗_e) = R⃗_(ext) , ouR⃗_(ext) est la résultante des actions mécaniques extérieures sur le systèmeS_F(t) . - □- 2. Déterminer la variation
dE_c de l'énergie cinétique deS_F(t) pendant la duréedt .
En déduire la relation1/2μQ(v⃗_s^2 − v⃗_e^2) = P_(int) + P_(ext) , avecP_(int) la puissance des actions intérieures etP_(ext) la puissance des actions extérieures.
II Lance à incendie

On modélise le tuyau par un tube parfaitement souple, sans raideur, d'aire
Le tuyau est parcouru par l'eau de vitesse
□ - 3. Prouver que la composante
Le tuyau est posé sur le sol dans une certaine disposition. On suppose qu'il n'y a aucun frottement car le sol est mouillé. On cherche à déterminer s'il existe une disposition qui lui permette d'être en équilibre. Comme le tuyau est sans raideur, on modélise les actions de la partie amont du tuyau sur la partie aval en un point
On considère la section comprise entre deux points

- □- 4. Par un bilan appliqué à la surface de contrôle comprise entre
M_1 etM_2 , montrer queT(M_1) = T(M_2) = T , on exprimeraT en fonction des donnéesμ, Q, v, p etA .

- □- 5. Exprimer
v_s en fonction dev et des données.
Déterminer l'expression deF⃗ en fonction deμ, Q etv_s→
Le pompier doit-il pousser ou tirer sur la lance? - □- 6. Exprimer la composante
F_(eau) de la résultanteF⃗_(eau) = F_(eau)t_s ˆ des actions exercées par l'eau sur la lance en fonction deT et deF
On suppose qu'entre l'entrée et la sortie de la lance l'écoulement est parfait, stationnaire, incompressible et homogène - □- 7. Exprimer la relation de Bernoulli entre l'entrée et la sortie de la lance.
Montrer que la tension s'écritT = 1/2μQ^2 1/Ak_1 aveck_1 un coefficient que l'on exprimera en fonction du rapportA/A_s .
En déduire queF_(eau) = 1/2μQ^2 1/Ak_2 aveck_2 un coefficient que l'on exprimera en fonction du rapportA/A_s .
Dans quel sens est dirigée l'action de l'eau sur la lance? ComparerT etF_(eau)
□ - 8. Evaluer numériquement
III Jet d'eau vertical

□ - 9. Exprimer
□ - 10. Exprimer
Evaluer numériquement
On prend maintenant en compte les pertes de charge dans la conduite et le rétrécissement. Quand de l'eau s'écoule dans une conduite horizontale, la surpression en amont
- □- 11. Indiquez deux nombres sans dimension dont dépend
f .
Donner le nom d'une représentation graphique def en fonction de deux nombres sans dimension.
Par un bilan d'énergie mécanique, exprimer la puissance mécaniqueP_(dis) dissipée sous l'effet des forces de viscosité au sein du fluide en fonction du débitQ et de l'écart de pressionp_1 − p_2 .
Au niveau du rétrécissement (passage du diamètreD au diamètred ), il y a aussi une chute de pression appelée perte de charge singulière, qui s'écritp_D − p_d = 1/2μv_s^2 K avecK un coefficient sans dimension qui dépend des diamètres d'entrée et de sortie, de la rugosité du matériau et de la viscosité du fluide. On considère le fluide compris à l'instantt entre la connexion au réseau de distribution (surpressionp_0 et vitesse quasi nulle) et la sortie du rétrécissement (pas de surpression et vitessev_s ). On néglige les pertes d'énergie mécanique au niveau de la connexion entre le réseau et le tuyau si bien que le théorème de Bernoulli est applicable sur cette portion. - □- 12. Exprimer
v_s en fonction dev_(s, m), f, K et des rapportsL/D etd/D . On vérifiera la cohérence du résultat lorsque l'on néglige toutes les pertes.
Exprimerh en fonction deh_m, f, K et des rapportsL/D etd/D .
Est-il possible d'avoir un jet plus haut queh_m ?
Pour obtenir la vitesse, la relation précédente est en réalité une équation implicite car les coefficientsf etK dépendent entre autres de la vitesse d'écoulement du fluide. On va donc se contenter d'une estimation grossière en prenantK = 0, 5 etf = 0, 02 . Le tuyau a une longueurL = 25 m et un diamètreD = 2, 5 cm . Le diamètre du rétrécissement estd = 1 mm . - □- 13. Déterminer numériquement les valeurs de
h, v etv_s avec et sans le rétrécissement. On présentera ses résultats en les rassemblant dans un tableau.
Expliquer simplement en une phrase la raison pour laquelle il est possible d'augmenter la hauteur du jet en rétrécissant le diamètre de sortie.
IV Instabilité de Rayleigh-Plateau
IV.A Modèle
Par suite de l'existence d'une interface entre l'eau et l'air, la pression au sein du liquide est différente de la pression atmosphérique dans l'air. La loi de Laplace (que l'on admettra) permet de calculer l'écart de pression :

□ - 15. En utilisant la conservation du volume appliquée à la tranche comprise entre
On rappelle que la surface latérale d'une tranche de fluide comprise entre
En déduire que la perturbation n'est stable que si la longueur
□ - 17. Exprimer au premier ordre en
Retrouver alors la condition de stabilité obtenue à la question précédente.
□ - 18. En se contentant d'une analyse dimensionnelle, exprimer le temps typique
La condition obtenue à la question 16 est simplement une condition nécessaire de stabilité. Pour aller plus loin, il faudrait une étude dynamique faisant intervenir les équations de la mécanique des fluides. Nous allons ici nous contenter d'une approche simplifiée moins rigoureuse.
On suppose encore une perturbation de la surface de la forme
Considérons la tranche de fluide comprise entre les cotes
□ - 19. En se limitant au premier ordre en
Pour la suite, on considèrera ce facteur
- □- 20. En appliquant la relation fondamentale au centre de gravité de la tranche, obtenir une équation différentielle du second ordre vérifiée par
ε(t) .
Discuter de la forme des solutions suivant les valeurs dek et retrouver la conclusion de la question 16.
Dans le cas instable, montrer que l'amplitudeε diverge commeexp(+ t/τ_k) et déterminer le temps caractéristiqueτ_k en fonction deξ = kR_0 et du temps typiqueτ_h obtenu par analyse dimensionnelle à la question 18.
Déterminer l'expressionτ_(min) de la plus petite valeur possible pourτ_k ainsi que l'expression de la longueur d'ondeλ_c associée à ce temps minimal. - □- 21. Expliquer pourquoi il est raisonnable de supposer que le jet se coupe en fractions de longueur
λ_c .
En se limitant au cas où se forment une succession de gouttes sphériques, déterminer le rayon de ces gouttes en fonction du rayonR_0 du jet cylindrique initial.
Pour une longueurλ_c de jet, comparer la surface de l'interface eau/air avant et après l'instabilité dans le cadre du modèle étudié. Commenter le résultat.
IV.B Expérience

- □- 22. Déterminer numériquement la distance de l'orifice à partir de laquelle le jet se sectionne en gouttes.
Calculer la fréquence des chocs sur l'évier.
FIN DE L'ÉPREUVE
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Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte le sujet Mines physique 1 PSI 2026 ?Afficher ou masquer la section
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte le sujet Mines physique 1 PSI 2026 ?
Le sujet porte sur la mécanique des fluides : bilans pour un système ouvert, relations de Bernoulli, pertes de charge dans une conduite et, en fin de sujet, tension superficielle d'un jet d'eau.
Quelles erreurs le jury a-t-il le plus relevées en Mines physique 1 PSI 2026 ?
Le jury cite des systèmes fermés mal définis, des sens de force affirmés sans calcul vectoriel, des ordres de grandeur aberrants laissés sans commentaire et une prise en compte très difficile des pertes de charge.
Le sujet Mines physique 1 PSI 2026 était-il difficile ?
Plusieurs questions étaient difficiles et la partie IV a été peu abordée. Même les trois premières questions, proches du cours, n'ont reçu en moyenne que 60 % des points prévus.
Faut-il traiter beaucoup de questions en Mines physique 1 PSI 2026 ?
Non : le jury constate pratiquement aucune corrélation entre le nombre de questions abordées et la note. Il recommande de rédiger complètement un nombre raisonnable de questions dans l'ordre de l'énoncé.
Pas de description pour le moment
