Programme de physique chimie en PT

Le programme officiel de physique-chimie en PT

Programme de maths spé

Programme de prépa PT

Le programme de physique-chimie en PT est très développée (8 heures par semaine) et particulièrement les travaux pratiques (2 heures hebdomadaires) qui permettent de concrétiser les notions abordées lors des cours de physique et d’acquérir une véritable démarche scientifique, une autonomie et une prise d’initiative.

Les expérimentations en PT sont en continuité avec celles exercées avec le programme de PTSI : étude des mesures, approfondissent des notions d’électricité (ondes et signal périodique), d’optique (analyse de la lumière et des interférences), et de thermodynamique (conduction thermique). La physique-chimie représente près de 25% des coefficients en PT.

Programme physique chimie PT

Dans la continuité du programme de physique-chimie en PTSI, les étudiants vont aborder les thèmes suivants : électromagnétisme, conversion d’énergie électrochimique, optique, électronique, thermodynamique et mécanique des fluides. Ce programme de physique en PT est dense et demande de bien développer son sens physique. De nombreux élèves nous demandent un accompagnement à travers des cours particuliers de physique pour garder le cap.

Programme officiel de physique-chimie en PT

Six thèmes de contenus et une formation expérimentale, avec les attendus et les limites fixées par le programme.

Thème▲▼	Chapitres du programme▲▼	Attendus et limites
1 Thermodynamique et mécanique des fluides appliquées aux machines thermiques	Statique des fluides dans un référentiel galiléen. Expression différentielle des principes de la thermodynamique. Diagrammes d'état des fluides réels purs. Description d'un fluide en écoulement stationnaire dans une conduite. Énergétique des fluides en écoulement. Thermodynamique industrielle. Transfert d'énergie par conduction thermique à une dimension en coordonnées cartésiennes.	Le thème repose sur les bilans d'énergie. Il faut savoir exploiter les diagrammes de Clapeyron, entropique, de Mollier et des frigoristes, ainsi que les tables thermodynamiques, établir la relation de Bernoulli puis la corriger des pertes de charge, et traiter les organes d'une installation industrielle (compresseur, turbine, échangeur, détendeur, tuyère). Toute formulation locale de la mécanique des fluides est exclue, en particulier les équations d'Euler et de Navier-Stokes. L'étude générale des potentiels thermodynamiques est hors programme.
2 Électronique	Stabilité des systèmes linéaires. Rétroaction. Oscillateurs. Électronique numérique.	Prolongement direct du filtrage et de l'analyse spectrale de PTSI. L'amplificateur linéaire intégré sert de support à l'étude de la rétroaction, des montages classiques (non inverseur, suiveur, inverseur, intégrateur) et du comparateur à hystérésis. Les oscillateurs quasi sinusoïdaux et de relaxation sont abordés sans calcul systématique des fonctions de transfert. Le volet numérique reste expérimental : conversion, échantillonnage, repliement de spectre, filtrage numérique. Les courants de polarisation et la tension de décalage de l'ALI ne sont pas étudiés.
3 Optique ondulatoire	Modèle scalaire des ondes lumineuses. Superposition d'ondes lumineuses. Trous d'Young, dispositif interférentiel par division du front d'onde. Interféromètre de Michelson, dispositif interférentiel par division d'amplitude.	Le programme approfondit les interférences lumineuses abordées en PTSI dans la partie « Propagation d'un signal ». Le théorème de Malus est admis, les mots intensité et éclairement sont employés indifféremment. L'interféromètre de Michelson est étudié en lame d'air et en coin d'air, le coin d'air uniquement par l'expérience. Les fentes d'Young restent une approche expérimentale et aucune connaissance sur un autre diviseur du front d'onde n'est exigible.
4 Électromagnétisme	Électrostatique. Magnétostatique. Équations de Maxwell. Énergie du champ électromagnétique. Propagation.	Les lois locales et intégrales des champs électrique et magnétique sont découvertes cette année. L'accent est mis sur les situations à haut degré de symétrie qui permettent d'utiliser le théorème de Gauss ou le théorème d'Ampère. La propagation est traitée dans le vide, dans un milieu ohmique et dans un guide d'onde modélisé par deux plans parallèles. La loi de Biot et Savart et le potentiel vecteur ne sont pas au programme, l'étude des conducteurs en équilibre électrostatique non plus. Les relations de passage sont fournies si elles sont nécessaires.
5 Transformations chimiques de la matière : aspects thermodynamiques	Premier principe de la thermodynamique appliqué aux transformations physico-chimiques. Deuxième principe de la thermodynamique appliqué aux transformations physico-chimiques.	Les transferts thermiques vus en PTSI sur le corps pur sont généralisés aux transformations physico-chimiques. Les enthalpies standard de réaction sont supposées indépendantes de la température. Le deuxième principe conduit à l'enthalpie libre, à l'enthalpie libre de réaction et à la constante d'équilibre, avec l'étude du déplacement des équilibres. L'expression générale du potentiel chimique n'est pas à établir.
6 Aspects thermodynamique et cinétique de l'électrochimie	Étude thermodynamique des réactions d'oxydo-réduction. Étude cinétique et courbes courant-potentiel. Stockage et conversion d'énergie chimique dans des dispositifs électrochimiques. Corrosion humide ou électrochimique.	Le lien entre enthalpie libre de réaction et potentiels des couples est central, tout comme la lecture des courbes courant-potentiel pour expliquer le fonctionnement d'une pile, d'un accumulateur ou d'un électrolyseur. La corrosion se limite à la corrosion uniforme et à la corrosion galvanique de deux métaux en contact, avec les trois modes de protection classiques. Les diagrammes de Tafel et d'Evans sont hors programme.
7 Formation expérimentale	Mesures et incertitudes. Capacités expérimentales en longueurs, temps et fréquences, électricité, optique, thermodynamique, thermodynamique de la transformation chimique et électrochimie. Prévention du risque au laboratoire.	L'incertitude-type, les incertitudes composées, l'écart normalisé et la régression linéaire sont exigibles à la fin de la deuxième année. Les gestes attendus vont du réglage du Michelson en lame d'air au tracé de courbes courant-potentiel sur un montage à trois électrodes, en passant par la calorimétrie, les montages à ALI et la mesure d'une conductivité thermique. Les règles de sécurité chimique, électrique, optique et celles liées à la pression et à la température font partie des attendus.

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Source : Ministère de l'enseignement supérieur, de la recherche et de l'innovation, 2021

Thermodynamique et mécanique des fluides, le thème le plus lourd de l’année

Avec sept chapitres, la thermodynamique et la mécanique des fluides en PT structurent l’année. Tout repose sur les bilans d’énergie. Les deux principes vus en PTSI sont repris sous forme différentielle, ce qui sert un objectif précis : comprendre l’allure des courbes dans les diagrammes thermodynamiques plutôt que d’apprendre des formules. Vous devez savoir exploiter les diagrammes de Clapeyron, entropique, de Mollier et des frigoristes, ainsi que les tables de fluides réels. C’est une compétence très rentable aux écrits, parce qu’elle transforme des questions de calcul en questions de lecture.

La mécanique des fluides reste volontairement élémentaire : point de vue eulérien, débit massique, nombre de Reynolds, relation de Bernoulli, puis correction par les pertes de charge avec lecture d’abaques. Toute formulation locale est exclue, l’équation d’Euler et celle de Navier-Stokes ne sont pas au programme. Le thème se referme sur la thermodynamique industrielle, avec les organes d’une installation (compresseur, turbine, échangeur, détendeur, tuyère) et les cycles moteur, réfrigérateur et pompe à chaleur, en lien direct avec le programme de sciences de l’ingénieur en PT et les outils du programme de maths en PT. Un dernier chapitre traite la conduction thermique à une dimension, jusqu’à l’équation de la diffusion et à la résistance thermique.

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Électronique, la rétroaction et l’ALI

L’électronique en PT reprend le filtrage et l’analyse spectrale de première année, puis ajoute ce qui manquait : la stabilité des systèmes du premier et du second ordre, la rétroaction, les oscillateurs et le traitement numérique du signal. L’amplificateur linéaire intégré sert de fil conducteur sans être une fin en soi. Les montages non inverseur, suiveur, inverseur et intégrateur, ainsi que le comparateur à hystérésis, reviennent régulièrement en colle. Les limites du modèle sont explicites : vitesse limite de balayage et saturation du courant de sortie sont à repérer, en revanche les courants de polarisation et la tension de décalage ne sont pas étudiés. La partie numérique, elle, est annoncée comme expérimentale : conversion analogique numérique, échantillonnage, repliement de spectre et filtrage numérique se travaillent en TP.

Optique ondulatoire, tout tourne autour des interférences

Le programme d’optique ondulatoire en PT poursuit un seul objectif : comprendre les interférences lumineuses comme conséquence du caractère ondulatoire de la lumière. L’optique géométrique, elle, appartient au programme de PTSI et n’intervient plus ici que comme cadre d’approximation du modèle scalaire. Deux dispositifs servent de référence, les trous d’Young pour la division du front d’onde et l’interféromètre de Michelson pour la division d’amplitude. Le Michelson est traité par le calcul en lame d’air, le coin d’air uniquement par l’expérience. Les fentes d’Young restent une approche expérimentale et aucun autre diviseur du front d’onde n’est exigible, ce qui borne assez nettement le travail à fournir.

Électromagnétisme, des lois locales à découvrir

L’électromagnétisme en PT est souvent le thème le plus déroutant, parce que le formalisme est neuf même quand les phénomènes ont déjà été croisés en PTSI. L’électrostatique et la magnétostatique sont présentées séparément, avec un travail systématique sur les symétries, le théorème de Gauss et le théorème d’Ampère. Les équations de Maxwell viennent ensuite, les champs statiques apparaissant comme des cas particuliers. La propagation est étudiée dans le vide, dans un milieu ohmique et dans un guide d’onde modélisé par deux plans. Trois points sont explicitement écartés : la loi de Biot et Savart, le potentiel vecteur et l’étude des conducteurs en équilibre électrostatique. Les relations de passage, elles, sont fournies quand elles sont nécessaires.

La chimie en PT, thermodynamique chimique et électrochimie

Deux thèmes sur six relèvent de la chimie et tous deux sont tournés vers l’énergie. Le premier généralise aux transformations physico-chimiques les transferts thermiques vus en PTSI sur le corps pur : état standard, enthalpie standard de réaction, loi de Hess, puis enthalpie libre, enthalpie libre de réaction, constante d’équilibre et déplacement des équilibres. C’est le deuxième principe qui introduit l’enthalpie libre comme potentiel adapté aux transformations isothermes et isobares, une notion à ne pas confondre avec l’entropie.

Le second thème traite l’oxydo-réduction sous deux angles. L’angle thermodynamique relie l’enthalpie libre de réaction aux potentiels des couples mis en jeu. L’angle cinétique passe par les courbes courant-potentiel, que vous tracez en TP sur un montage à trois électrodes puis exploitez pour expliquer le fonctionnement d’une pile, d’un accumulateur ou d’un électrolyseur. La corrosion humide ferme le programme, limitée à la corrosion uniforme et à la corrosion galvanique de deux métaux en contact, avec les trois modes de protection classiques : revêtement, anode sacrificielle et protection par courant imposé. Les diagrammes de Tafel et d’Evans sont hors programme. Il n’y a par ailleurs ni chimie organique ni étude des orbitales en PT.

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Comment travailler la physique-chimie en PT ?

Le rythme de la PT laisse peu de place au rattrapage, puisque chaque thème s’appuie sur un acquis de PTSI et qu’une lacune de première année se paie deux fois. Trois réflexes reviennent chez les élèves qui progressent :

Reprendre les diagrammes thermodynamiques jusqu’à les lire sans hésitation, parce qu’ils servent dans tout le premier thème et dans une bonne partie des sujets.
Traiter les travaux pratiques comme un chapitre à part entière, avec des fiches sur les protocoles et sur les incertitudes, puisqu’une épreuve de TP figure aux oraux.
Enfin s’entraîner sur les annales de la Banque filière PT, qui compte 13 épreuves écrites parmi lesquelles Physique A, épreuve de physique, et Physique B, épreuve de physique-chimie. Chaque concours partenaire applique ensuite ses propres coefficients, il vaut donc mieux vérifier ceux des écoles que vous visez.

Beaucoup d’élèves complètent l’année par un stage intensif en maths spé pour reprendre les notions mal comprises avec un professeur de CPGE et avancer sur les chapitres denses avant les concours. D’autres préfèrent un suivi régulier en cours particuliers de physique-chimie, sur une difficulté ciblée comme les diagrammes, les équations de Maxwell ou les courbes courant-potentiel. Les deux formats se complètent, le stage servant à débloquer un thème entier et le cours particulier à installer une méthode dans la durée.

Pour réussir les concours, beaucoup d’élèves suivent aussi des stages de vacances en prépa en PT. Ils approfondissent les notions importantes du programme et peuvent aborder les notions mal comprises avec des professeurs dédiés.

Il est également nécessaire de faire des annales du concours Centrale par exemple pour s’exercer sur des questions types des concours. De cette manière, les élèves maximisent leurs chances d’intégrer les meilleures écoles d’ingénieurs. Toutefois, les matières telles que le français et l’anglais ne sont pas à négliger.

Questions fréquentes sur la physique-chimie en PT

Quels sont les six thèmes du programme de physique-chimie en PT ?

Le programme officiel organise les contenus en six thèmes : thermodynamique et mécanique des fluides appliquées aux machines thermiques, électronique, optique ondulatoire, électromagnétisme, transformations chimiques de la matière sous l’angle thermodynamique, aspects thermodynamique et cinétique de l’électrochimie. Chacun prolonge une partie du programme de PTSI. S’y ajoute une formation expérimentale décrite à part, qui couvre les mesures et incertitudes, les capacités expérimentales dans six domaines et la prévention du risque au laboratoire. Aucun ordre de progression n’est imposé, l’organisation de l’année relève de la liberté pédagogique du professeur.

Combien d'heures de physique-chimie par semaine en PT ?

La physique-chimie représente 8 heures hebdomadaires en PT, réparties en 6 heures de physique et 2 heures de chimie. Le détail officiel est de 3 heures de cours, 2 heures de travaux dirigés et 1 heure de travaux pratiques en physique, plus 1 heure de cours et 1 heure de travaux pratiques en chimie. Vous avez donc 2 heures de TP par semaine, un volume qui compte réellement puisque le programme fait de l’expérience le cœur de l’enseignement et qu’une épreuve orale de travaux pratiques figure aux concours. À cela s’ajoutent les colles, avec 10 minutes hebdomadaires d’interrogation orale en sciences physiques.

Quelle place la chimie occupe-t-elle dans le programme de PT ?

Deux thèmes sur six relèvent de la chimie et ils sont entièrement centrés sur l’énergie. Le premier applique les deux principes de la thermodynamique aux transformations physico-chimiques : enthalpie standard de réaction, loi de Hess, enthalpie libre, constante d’équilibre et déplacement des équilibres. Le second traite l’oxydo-réduction sous l’angle thermodynamique puis cinétique, avec les courbes courant-potentiel, les piles, les accumulateurs, les électrolyseurs et la corrosion humide. Il n’y a ni chimie organique ni étude des orbitales dans le programme de PT, et les diagrammes de Tafel et d’Evans sont hors programme.

Quelles sont les épreuves de physique-chimie aux concours de la filière PT ?

Les écrits de la filière PT passent par la Banque filière PT, qui compte 13 épreuves écrites mutualisées entre les concours partenaires. Deux concernent la physique : Physique A, épreuve de physique, et Physique B, épreuve de physique-chimie. Les oraux comportent une interrogation de physique-chimie portant sur l’ensemble du programme ainsi qu’une épreuve de travaux pratiques de physique. Chaque concours applique ensuite ses propres coefficients aux notes obtenues, il n’existe donc pas de poids unique de la physique-chimie valable pour toutes les écoles.

Pour trouver l’ensemble de leurs programmes, n’hésitez pas à consulter les pages suivantes :

Programme d’anglais en PT

Pour plus de détails, téléchargez le PDF du programme de physique chime en PT :