Mines Physique 2 MP 2026Sujet, corrigé et rapport du jury
De la physique avec les galaxies
Faisable en sup ?
Faisable en partie en MPSI : 10 questions sur 22. Autres questions faisables en MPSI
Autres premières années : TSI1 7 · BCPST1 6 questions.
Détail par partie
- Partie I : L'observation des galaxies7/13En partie
- Partie II : Quelques propriétés galactiques3/9En partie
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Présentation du sujet
AccessibleDe la physique avec les galaxies : interférences, matière noire et taux de formation d'étoilesAfficher ou masquer la section
Présentation du sujet
AccessibleIntitulé « De la physique avec les galaxies », le sujet traite de problèmes liés à l'observation de galaxies lointaines. La partie I, qui représente la moitié de l'épreuve, relève de l'optique : résolution angulaire puis mesure de la taille d'une galaxie par interférences. La partie IIA porte sur la mécanique céleste et la matière noire, la partie IIB sur un modèle d'évolution de la masse d'une galaxie à partir de documents. Les parties sont totalement indépendantes.
- 1Partie I : optique et taille d'une galaxieAprès une courte introduction d'optique géométrique et de diffraction, on met en place un dispositif d'interférences à deux ouvertures et on étudie le contraste pour remonter à la taille angulaire d'une galaxie.
- 2Partie IIA : mécanique céleste et matière noireOn étudie le mouvement circulaire d'étoiles, l'analogie entre gravitation et électrostatique et le théorème de Gauss gravitationnel, pour évaluer la vitesse de révolution et la quantité de matière noire.
- 3Partie IIB : taux de formation d'étoilesÀ partir de documents, on ajuste une loi affine en échelle logarithmique, on intègre une équation différentielle non linéaire par séparation des variables et on calcule des ordres de grandeur.
Accessible. Le jury qualifie le sujet de très abordable et progressif, proche du cours et fait de questions très classiques.
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesImage d'un objet à l'infini · Commentaires à contresens · Différence de marche avec lentilleAfficher ou masquer la section
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesLe sujet, proche du cours, a trié efficacement les candidats sur leur sérieux et leur assiduité, et le jury a corrigé d'excellentes copies. Il déplore cependant le manque de soin, les acronymes non définis, les applications numériques inachevées et des commentaires sans contenu physique. De nombreux candidats ont abandonné la partie I avant sa fin, et les dernières questions ont été peu traitées.
Les erreurs les plus sanctionnées
- 1Image d'un objet à l'infiniQ2
Construire l'image d'un objet à l'infini incliné d'un petit angle par une lentille convergente a trop souvent échoué, et les petits angles des conditions de Gauss n'ont pas toujours été utilisés.
« Il n’est pas normal d’avoir un si mauvais taux de réponses correctes. »
- 2Commentaires à contresensQ5
Le calcul devait s'appuyer sur les plans d'onde et le critère de longueur de cohérence devait être cité.
« Les commentaires sont quasiment tous des contre-sens : il s’agit d’obtenir des interférences et non pas de les éviter. »
- 3Différence de marche avec lentilleQ7, Q8
Avec une lentille, la différence de marche ne se calcule pas géométriquement : il faut passer par le théorème de Malus et la placer au bon endroit sur le schéma. Les franges sont rectilignes et perpendiculaires à l'axe des trous.
« Les schémas corrects étaient rares, pourtant, cela conditionne fortement la suite de la question. »
- 4Calculs de contrasteQ9 à Q13
Les formules d'addition trigonométriques sont mal appliquées, les bornes des intégrales fantaisistes et les angles parfois donnés en degrés.
« Le résultat d’un calcul de petit angle est en radians et non en degrés. »
- 5Mouvement circulaire mal justifiéQ14
Des calculs indigestes et des confusions entre norme constante et vecteur vitesse constant, ou entre coordonnées polaires et repère de Frenet.
« Le moment cinétique constant ne suffit pas à lui seul à démontrer le caractère uniforme du mouvement. »
- 6Masse volumique variableQ17, Q18
Avec une masse volumique qui dépend du rayon, la masse s'obtient en intégrant sur le volume et non en multipliant par le volume.
Ce qui a été bien réussi
- La question 6 a été assez bien traitée.
- L'application du théorème de Gauss à la question 16, qui relève du cours, a assez souvent été bien traitée.
- Le jury a eu le plaisir de corriger d'excellentes copies, soignées et au vocabulaire précis.
Conseils du jury
- Traiter avec soin les questions de restitution du cours, que le rapport identifie comme Q1, Q2, Q7, Q8, Q14, Q15 et Q16.
- Respecter l'approximation des petits angles dans les conditions de Gauss.
- Achever les applications numériques : format scientifique, nombre de chiffres significatifs demandé et unité, sans fraction ni racine.
- Employer le vocabulaire de l'optique (différence de marche, ordre d'interférence, cohérence) et éviter les acronymes non introduits.
- Discuter physiquement le résultat d'une équation différentielle (temps caractéristique, régimes asymptotiques) et distinguer logarithme décimal et népérien.
- Tracer des schémas grands, clairs et légendés, surtout en optique et en mécanique.
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.
- Q1Dans quel domaine spectral se situent ces ondes ?
- Q2Construire les images géométriques et des points et. Quelle est la distance entre ces deux images ? Sachant…
- Q3Quelle est, en ordre de grandeur, l'ouverture angulaire de chaque tâche de diffraction, à exprimer en…
- Q4Considérant les deux questions précédentes, et les valeurs de et fixées, proposer une expression littérale…
- Q5On considère deux rayons issus d'une même source ponctuelle à l'infini dans la direction et confondus avec…
- Q6Montrer par un schéma que la distance entre les deux axes optiques des télescopes, nommée distance de base…
- Q7En ayant recours à une construction des rayons issus de et interférant en, exprimer l'ordre d'interférence…
- Q8Exprimer de la même manière, l'ordre d'interférence en pour les rayons issus de. Pourquoi la figure…
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- Q9Quelle est la plus petite valeur de permettant d'annuler le contraste ? Comment utiliser la figure…
- Q10Sachant que peut varier entre les valeurs extrémales et, déterminer la résolution angulaire d'un tel…
- Q11Néanmoins, pourquoi un tel télescope double ne permet-il pas l'observation d'objets moins lumineux, comme le…
- Q12Déterminer l'intensité totale de résultante, en faisant apparaître la fonction sinus cardinal définie en…
- Q13Représenter schématiquement un tel dispositif comme en figure 3. Pour grand, l'intensité lumineuse n'est non…
- Q14Montrer que le mouvement est uniforme. Exprimer la vitesse et la période du mouvement de l'étoile en…
- Q15Grâce à une analogie électrostatique, justifier que le théorème de Gauss pour le champ gravitationnel…
- Q16Déterminer, en fonction notamment de, le champ gravitationnel créé en un point de l'espace, selon que ou. En…
- Q17À partir du théorème de Gauss, exprimer, en tout point de l'espace, en fonction de la masse volumique en ce…
- Q18Pour, exprimer puis calculer la masse de matière noire dans la galaxie en unités de masses solaires. Quel…
- Q19Pour des galaxies de la séquence principale, écrire l'équation différentielle vérifiée par sous la forme où…
- Q20Déterminer puis tracer et commenter l'allure de la courbe correspondante. On montrera notamment l'existence…
- Q21En milliards d'années, quelle durée s'est écoulée depuis le Big Bang, pour des mesures effectuées à ?
- Q22Dans quelle proportion le taux de formation d'étoiles a-t-il évolué entre et ? Proposer une explication à…
Description
Intitulé « De la physique avec les galaxies », le sujet traite de problèmes liés à l'observation de galaxies lointaines. La partie I, qui représente la moitié de l'épreuve, relève de l'optique : résolution angulaire puis mesure de la taille d'une galaxie par interférences. La partie IIA porte sur la mécanique céleste et la matière noire, la partie IIB sur un modèle d'évolution de la masse d'une galaxie à partir de documents. Les parties sont totalement indépendantes.
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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.
De la physique avec les galaxies
Les applications numériques seront données avec 1 chiffre significatif.
Les vecteurs sont surmontés d'un chapeau s'ils sont unitaires
I L'observation des galaxies
Dans toute la suite, on étudie des ondes lumineuses monochromatiques, de longueur d'onde
□ - 1. Dans quel domaine spectral se situent ces ondes?
I.A Télescope unique

Pour comprendre les limites de résolution du télescope, on réduit la galaxie à deux de ses points (figure 1(b)) :
- -son centre
A dans la direction de l'axe optique; - -un point
B au bord de la galaxie dans la directionε/2 par rapport à l'axe optique.
- □- 2. Construire les images géométriques
A^′ etB^′ des pointsA etB .
Quelle est la distance entre ces deux images?
Sachant que le capteur est constitué de cellules CCD distantes dea , quelle est la résolution angulairer_(cap) de ce capteur, c'est-à-dire la plus petite valeurε qu'il peut détecter, en fonction dea etf^′ ?
- □- 3. Quelle est, en ordre de grandeur, l'ouverture angulaire de chaque tâche de diffraction, à exprimer en fonction de
λ_0 etD ?
On considère qu'on peut distinguer deux points si la distance entre leurs images géométriques est supérieure à la taille caractéristique d'une tâche. En déduire la résolution angulaire due à la diffractionr_(diff) du télescope, en fonction deλ_0 etD .
- □- 4. Considérant les deux questions précédentes, et les valeurs de
a, f^′ etλ_0 fixées, proposer une expression littérale du diamètreD_(max) du télescope au-delà duquel sa résolution n'augmente pas.
Effectuer l'application numérique pour les ordres de grandeur proposés. Commenter.
I.B Association de 2 télescopes
I.B. 1 Élaboration d'un modèle équivalent
Ces deux télescopes, identiques à celui étudié précédemment, sont représentés très schématiquement. Sur la figure 2, la distance au sol entre les deux télescopes (distance de base) est notée

- □- 5. On considère deux rayons issus d'une même source ponctuelle à l'infini dans la direction
θ et confondus avec les axes optiques des télescopes. À l'aide d'un schéma, exprimer la différence de marcheδ_0(θ) entre ces deux rayons, à leur entrée dans les télescopes.
La distanceb_0 peut valoir plusieurs centaines de mètres, expliquer pourquoi il est nécessaire que le système de miroirs mobiles menant les faisceaux au dispositif de recombinaison compense cette différence de marche. - □- 6. Montrer par un schéma que la distance entre les deux axes optiques des télescopes, nommée distance de base équivalente, est
b(θ) = b_0 cos(θ) .
Les télescopes actuels étant capables de pointer en permanence vers un même astre, expliquer pourquoi la distance de base équivalente est considérée comme un paramètre variable.
I.B. 2 Étude du système équivalent
Les deux télescopes
L'observation se fait dans le plan focal image de cette lentille. Le système équivalent est alors présenté en figure 3, sur laquelle sont représentées deux situations, correspondant à l'observation de deux sources ponctuelles

- □- 7. En ayant recours à une construction des rayons issus de
A et interférant enM(x) , exprimerp_A(x) l'ordre d'interférence enM(x) en fonction deλ_0, x, f^′ etb(θ) .
Montrer que l'intensité lumineuse dans le plan d'observation se met sous la formeI_A(x) = 2I_0[1 + cos((2πb(θ)x)/(λ_0 f^′))] .
Que représenteI_0 ?
Décrire l'allure de la figure d'interférence : formes des franges, interfrange, contraste.
Dans quelle mesure le contraste et l'interfrange dépendent-ils deb(θ) ? - □- 8. Exprimer de la même manière
p_B(x) , l'ordre d'interférence enM(x) pour les rayons issus deB .
Pourquoi la figure d'interférence obtenue par la présence simultanée deA etB est la superposition des deux figures?
En déduire pour quelles valeurs deb(θ) il y a brouillage des franges. - □- 9. Quelle est la plus petite valeur de
b(θ) permettant d'annuler le contraste?
Comment utiliser la figure d'interférence pour mesurer la taille d'une galaxie, en supposant connue sa distance au télescope? - □- 10. Sachant que
b(θ) peut varier entre les valeurs extrémales 0 etb_0 , déterminer la résolution angulairer_(double) d'un tel télescope en fonction deλ_0 etb_0 .
Pourquoi dit-on qu'un tel télescope est équivalent à un unique télescope de diamètreb_0 ? Effectuer l'application numérique der_(double) pourb_0 = 1 km . - □- 11. Néanmoins, pourquoi un tel télescope double ne permet-il pas l'observation d'objets moins lumineux, comme le ferait un télescope unique de diamètre
b_0 ?
On considère désormais l'ensemble de la galaxie : son centre est pointé par l'axe optique du télescope. Les étoiles de la galaxie vues sous les angles deα àα + dα génèrent une intensité lumineusedI_(gal)(x) = Γdα{1 + cos[(2πb(θ)(x/f^′ + α))/(λ_0)]} , avecΓ une grandeur constante. - □- 12. Déterminer l'intensité totale de
I_(gal)(x) résultante, en faisant apparaître la fonction sinus cardinal définie en annexe.
En déduire l'expression du contraste de la figure d'interférence obtenue en fonction deb(θ) , en tracer l'allure, et commenter.
Qu'est-ce qui permet de distinguer une galaxie d'une étoile double, qui se réduirait à deux points sources vus sous un angleε/2 ?
I.C Association de
N télescopes
- □- 13. Représenter schématiquement un tel dispositif comme en figure 3. Pour
N grand, l'intensité lumineuse n'est non nulle que lorsque deux rayons issus d'un même point source et reçus par deux télescopes voisins sont en phase. Expliquer dans quelle mesure tout se passe comme si on avait un télescope de diamètre infiniment grand.
II Quelques propriétés galactiques
II.A Répartition de masse

- □- 14. Montrer que le mouvement est uniforme.
Exprimer la vitessev(r) et la périodeτ du mouvement de l'étoile en fonction der et des données.
Pour le Soleil, situé à 8 kpc du centre galactique, des observations fournissent une vitesse de200 km.s^(− 1) , le trou noir seul peut-il en être la cause?
On néglige dorénavant l'influence gravitationnelle du trou noir devant celle du bulbe de masseM_b = 2 × 10^(11)M_⊙≫M_T . On repère un pointM de l'espace par ses coordonnées sphériques de centreT et le vecteurTM^(→−) = ruˆ_r . Pour la galaxie, on adopte le modèle suivant, cf. figure5 (a) :- -Bulbe,
r ∈ [0, R_b] : boule de matière répartie uniformément de masse volumiqueμ_0 ; - -Disque,
r ∈ [R_b, R_d] : infiniment mince et très faible densité de matière assimilée au vide.
- -Bulbe,
- □- 15. Grâce à une analogie électrostatique, justifier que le théorème de Gauss pour le champ gravitationnel
g⃗ s'écrit∯ _S g⃗ ⋅ dS^(→−) = − 4πGM_(int) oùM_(int) désigne la masse située à l'intérieur de la surface ferméeS .

- □- 16. Déterminer, en fonction notament de
M_b , le champ gravitationnel créé en un pointM de l'espace, selon quer ≤ R_b ouR_b ≤ r ≤ R_d .
En déduire la vitessev_0 d'une étoile en mouvement circulaire de rayonr dans ces deux domaines, puis tracer l'allure de la courbev_0(r) .
Justifier quel domaine suit les lois de Kepler?
- -la matière noire est sensible à l'interaction gravitationnelle;
- -le halo de matière noire, de forme sphérique, s'étend de
R_b àR_h = 100kpc avec une masse volumiqueμ(r) ; - -à l'intérieur du halo de matière noire, le bulbe n'a aucun effet gravitationnel;
- -les étoiles du disque décrivent des mouvements circulaires de vitesse
v_1 constante.
- □- 17. À partir du théorème de Gauss, exprimer, en tout point
M de l'espace,divg⃗ en fonction de la masse volumique en ce point.
En déduireμ(r) dans le halo en fonction dev_1, G etr .
Retrouver ce résultat, à un préfacteur numérique près, par analyse dimensionnelle. - □- 18. Pour
v_1 = 200 km.s^(− 1) , exprimer puis calculer la masse de matière noire dans la galaxie en unités de masses solaires.
Quel pourcentage de la masse galactique représente-t-elle?
II.B Formation d'étoiles
- -L'apport de matière issu notamment des filaments de la toile cosmique qui confèrent sa masse à la galaxie;
- -La consommation de matière dans les étoiles déjà formées.

- □- 19. Pour des galaxies de la séquence principale, écrire l'équation différentielle vérifiée par
m(t) sous la formem˙ = α_0 m^(β_0) oùα_0 etβ_0 sont des paramètres numériques à estimer en conservant les unités du graphe.
Justifier pourquoi la création d'étoiles est plus efficace dans les galaxies les moins massives. Quelle inégalité devrait vérifierβ_0 pour que ce ne soit plus le cas?
- □- 20. Déterminer
m(t) puis tracer et commenter l'allure de la courbe correspondante. On montrera notamment l'existence de deux régimes limites liés à une durée caractéristiqueτ_0 à introduire.
- -
z = 0 désigne l'instant présent soitΔt = 13, 8 milliards d'années après le Big Bang. - -
z → + ∞ caractérise le Big Bang soitΔt = 0 - -Pour
z > 1 cette correspondance est donnée par la relation approchée :
1/(1 + z) ≃ 3/4(H_0 Δt)^(2/3) avec H_0 = 70 km ⋅ s^(− 1) ⋅ Mpc^(− 1) la constante de Hubble.
- -

- □- 21. En milliards d'années, quelle durée s'est écoulée depuis le Big Bang, pour des mesures effectuées à
z = 2 ? - □- 22. Dans quelle proportion le taux de formation d'étoiles a-t-il évolué entre
z = 2 etz = 0 ? Proposer une explication à cette observation.
Données numériques
- -Constante de gravitation :
G = 6, 7 × 10^(− 11) m^3.kg^(− 1).s^(− 2) - -Le parsec est une unité de longueur utilisée en astronomie :
1pc = 3 × 10^(16) m 1kpc = 10^3 pc 1Mpc = 10^6 pc - -Masse du Soleil :
1M_⊙ = 2^(30) kg - -On prendra 1 année = 3 ×
10^7 s
- -Constante de gravitation :
Formulaire
- -
sin(p) − sin(q) = 2sin((p − q)/2)cos((p + q)/2) - -Fonction sinus cardinal définie sur
ℝ : sinc(u) = (sin(u))/u
- -

- -Opérateurs en coordonnées sphériques :

- -Théorème de Stokes :
∮ _Γ A⃗ ⋅ dℓ^(→−) = ∬_S rot(A⃗) ⋅ dS⃗ - -Théorème de Green-Ostrogradski :
∯ _S A⃗ ⋅ dS^(→−) = ∭_V div(A⃗)dV
Formulaire d'optique géométrique pour une lentille mince
Formules d'optique géométrique de Newton (origines aux foyers)
Formules d'optique géométrique de DESCARTES (origines au centre optique)
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4 questionsSur quels chapitres porte le sujet Mines physique 2 MP 2026 ?
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Le sujet Mines physique 2 MP 2026 était-il difficile ?
Le jury le juge très abordable et progressif, proche du cours. Il a surtout départagé les candidats sur la maîtrise du cours et le soin de la rédaction.
Quelles erreurs le jury a-t-il relevées en Mines physique 2 MP 2026 ?
Le jury cite des constructions optiques fausses, des commentaires à contresens sur la cohérence, des différences de marche mal placées, des calculs de contraste erronés et des confusions sur le mouvement circulaire.
Les parties du sujet Mines physique 2 MP 2026 sont-elles indépendantes ?
Oui, le rapport indique que les parties sont totalement indépendantes. La partie I d'optique représente la moitié de l'épreuve, et la dernière partie (Q19 à Q22) ne demandait aucune connaissance particulière en physique.
Pas de description pour le moment
