Programme de Physique Chimie en BCPST 2
Le programme officiel de physique chimie en BCPST 2
Programme de maths spé
Programme de prépa BCPST 2
Avec 7 heures 30 par semaine, la physique-chimie est la discipline la mieux dotée de la BCPST 2, devant les maths et la SVT qui disposent de 7 heures chacune. Ces heures se répartissent en 4 heures de physique et 3 heures 30 de chimie, dont 2 heures de travaux pratiques. C’est un rythme qui laisse peu de place au rattrapage tardif.
Le programme officiel est divisé en deux parties. La première fixe la formation expérimentale, des mesures et incertitudes jusqu’à la prévention du risque au laboratoire. La seconde déroule cinq thèmes dont la numérotation prolonge celle de la première année : énergie (E), constitution et transformations de la matière (C), mouvements et interactions (M), ondes et signaux (S), phénomènes de transport (T). Rien ne repart de zéro, chaque thème vient prolonger ce qui a été posé en BCPST 1.
Programme de physique chimie en BCPST 2
Le tableau ci-dessous reprend les parties du programme telles qu’elles apparaissent dans le texte officiel, avec les notions attendues dans chacune.
| Partie du programme | Chapitre | Notions et capacités attendues |
|---|---|---|
| Formation expérimentale | Mesures et incertitudes | Incertitude-type de type A et de type B, incertitudes composées, écriture du résultat d'une mesure, écart normalisé, régression linéaire et validation du modèle, simulation de Monte-Carlo pour évaluer une incertitude |
| Formation expérimentale | Capacités expérimentales | Mesures de longueurs sur image numérique, accéléromètre et microcontrôleur, capteurs de pression et de température, calorimétrie, synthèse organique (reflux, extraction, filtration, recristallisation, distillation hétéroazéotropique), CCM, titrages directs et indirects suivis par pH-métrie, conductimétrie ou potentiométrie, suivis cinétiques et énergie d'activation |
| Formation expérimentale | Prévention du risque | Règles de sécurité au laboratoire, risque électrique, risque optique, risques liés à la pression et à la température, pictogrammes et fiches de sécurité, traitement et rejet des espèces chimiques |
| Thème E, énergie | E.5 Second principe de la thermodynamique | Fonction d'état entropie, entropie d'un gaz parfait et d'une phase condensée, entropie échangée et entropie créée, bilan d'entropie, lien avec le caractère réversible ou irréversible d'une transformation |
| Thème E, énergie | E.6 Systèmes fermés de composition variable | Enthalpie libre et critère d'évolution à température et pression constantes, potentiel chimique, identité d'Euler, activités des gaz parfaits, des mélanges idéaux et des solutés dilués, transport de matière, osmose et pression osmotique, loi de van't Hoff |
| Thème E, énergie | E.7 Transformations physico-chimiques | Grandeurs standard de réaction, loi de Hess, approximation d'Ellingham, effets thermiques en réacteur monobare, enthalpie libre de réaction, constante thermodynamique d'équilibre, relation de van't Hoff, variance, perturbation d'un système à l'équilibre |
| Thème E, énergie | E.8 Mélange binaire solide-liquide | Fractions molaires et massiques, miscibilité totale ou nulle à l'état solide, courbes d'analyse thermique, diagrammes de phases isobares, eutectique et composé défini, théorème des moments chimiques, cristallisation fractionnée |
| Thème C, matière | C.6 Évolution temporelle d'un système | Mécanismes par stades et mécanismes en chaîne, cycles catalytiques, approximation de l'étape cinétiquement déterminante, du pré-équilibre rapide et de l'état quasi-stationnaire, établissement d'une loi de vitesse, contrôle cinétique ou thermodynamique |
| Thème C, matière | C.7 Transformations en solution aqueuse | Diagrammes de prédominance et d'existence, diagrammes potentiel-pH dont celui de l'eau, dismutation et médiamutation, complexation, indice de coordination, effet chélate, précipitation et produit de solubilité, paramètres d'influence de la solubilité |
| Thème C, matière | C.8 Chimie organique | Échelle de pKa en chimie organique, esters sulfoniques et activation des alcools, mécanismes E1 et E2, compétition substitution-élimination, acétalisation, glucopyranoses et mutarotation du glucose, énolates et C-alkylation, aldolisation et crotonisation, réaction de Claisen, protection-déprotection, stratégie de synthèse multi-étapes |
| Thème M, mouvements | M.3 Approche énergétique du mouvement | Puissance et travail d'une force, théorème de l'énergie cinétique, force conservative et énergie potentielle, énergie mécanique, lecture d'un graphe d'énergie potentielle, puits et barrière de potentiel, stabilité des positions d'équilibre |
| Thème M, mouvements | M.4 Oscillateurs mécaniques | Oscillateur harmonique et intégrale première, amortissement par frottement visqueux, forme canonique, facteur de qualité, régime sinusoïdal forcé, résonance et bande passante, oscillateur harmonique quantique et niveaux vibrationnels d'une molécule |
| Thème M, mouvements | M.5 Tension superficielle | Coefficient de tension superficielle, énergie de surface, rôle des tensioactifs, mouillabilité et angle de contact, loi de Young, loi de Laplace pour une interface sphérique, loi de Jurin de l'ascension capillaire |
| Thème M, mouvements | M.6 Fluides en écoulement | Champ des vitesses, lignes de courant, débits de masse et de volume, bilans de masse, viscosité dynamique, nombre de Reynolds et coefficient de traînée, relation de Bernoulli, effet Venturi, tube de Pitot, écoulements de Couette et de Poiseuille, résistance hydraulique, porosité et perméabilité, loi de Darcy |
| Thème S, ondes et signaux | S.4 Filtrage linéaire d'un signal | Spectre d'un signal périodique, valeur moyenne, réponse d'un circuit RC à une excitation sinusoïdale en notation complexe, fonction de transfert harmonique, courbes de réponse en gain et en phase, fréquence de coupure, bande passante, filtrage d'un signal non sinusoïdal |
| Thème S, ondes et signaux | S.5 Interaction lumière-matière | Absorption et émission de photons, transitions électroniques et vibrationnelles, voies de désexcitation radiatives et non radiatives, fluorescence, déplacement de Stokes, rendement quantique de fluorescence, durée de vie de l'état excité |
| Thème T, transport | T.2 Conduction thermique | Loi de Fourier sous forme intégrale en géométrie plane, cylindrique ou sphérique, conductivité thermique, coefficient de diffusivité thermique, loi d'échelle spatiale et temporelle, bilan d'énergie en régime stationnaire ou quasi-stationnaire, résistances thermiques |
Source : Ministère de l'enseignement supérieur, de la recherche et de l'innovation, 2021, programme de physique-chimie de la classe de BCPST deuxième année.
Thermodynamique et transformations physico-chimiques
Le second principe et les bilans d’entropie
L’entropie est fournie, sa construction n’est pas demandée. Ce qui est attendu, c’est l’exploitation : formuler un bilan d’entropie sous forme infinitésimale ou intégrale, distinguer entropie échangée et entropie créée, relier cette création au caractère réversible ou irréversible d’une transformation. L’interprétation en termes de désordre statistique est citée sans développement quantitatif. Les diagrammes (T,s) sont explicitement hors programme.
Potentiel chimique, osmose et pression osmotique
C’est la partie qui donne enfin une démonstration au critère d’évolution admis en première année. Enthalpie libre, identité thermodynamique, potentiel chimique, identité d’Euler, activités dans les cas modèles du gaz parfait, du mélange idéal et du soluté infiniment dilué. Le programme y raccroche l’osmose et la loi de van’t Hoff, dont l’expression est fournie. Pour un étudiant de BCPST, c’est le chapitre qui relie la thermodynamique à la diffusion membranaire et au partage entre deux solvants.
Grandeurs de réaction, constante d’équilibre et variance
Les transformations envisagées sont toutes monobares, et le calcul des grandeurs standard se fait dans l’approximation d’Ellingham. L’affinité chimique n’est pas utilisée : le sens d’évolution se lit sur le signe de l’enthalpie libre de réaction. Vient ensuite la variance, avec le dénombrement des degrés de liberté à l’équilibre, puis l’effet d’une perturbation par comparaison du quotient de réaction et de la constante d’équilibre. Aucun calcul différentiel ne peut être demandé sur ce dernier point.
Diagrammes binaires solide-liquide et cristallisation fractionnée
Les diagrammes de phases isobares sont fournis ou construits à partir de faisceaux de courbes d’analyse thermique. Il faut savoir attribuer les zones, appliquer le théorème des moments chimiques, commenter la variance en un point, décrire un eutectique ou un composé défini à fusion congruente. La cristallisation fractionnée est le débouché naturel de ce chapitre, et le programme invite explicitement à le traiter en lien avec la SVT.
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Constitution et transformations de la matière
Cinétique et mécanismes réactionnels
La cinétique de première année se limitait à une étape cinétiquement déterminante ou à un équilibre préétabli. La deuxième année ajoute l’approximation de l’état quasi-stationnaire, ce qui ouvre la porte aux mécanismes par stades et aux mécanismes en chaîne, avec leurs étapes d’initiation, de transfert, de propagation et de rupture. Les cycles catalytiques sont fournis, il faut y reconnaître le catalyseur et écrire les actes élémentaires. La sélectivité entre contrôle cinétique et contrôle thermodynamique clôt le chapitre.
Solutions aqueuses, complexation et précipitation
Aux réactions acide-base et d’oxydoréduction de la première année s’ajoutent la complexation et la précipitation. Le programme demande de lire et d’exploiter des diagrammes de prédominance, d’existence et potentiel-pH, en sachant que la construction des diagrammes potentiel-pH n’est pas exigible. Sont attendus l’effet chélate justifié par un argument entropique, l’influence de la complexation sur les propriétés oxydantes ou réductrices d’un centre métallique, les paramètres qui font varier une solubilité. Les exemples visés viennent de la chimie du vivant, respiration et photosynthèse, et de la géologie, sédimentation et précipités.
Chimie organique, activation et stratégie de synthèse
L’approche est mécanistique avant d’être fonctionnelle. Les mécanismes exigibles sont listés limitativement : substitution nucléophile sur ester sulfonique, conversion d’un alcool en halogénoalcane, β-élimination E1 et E2, acétalisation, hémiacétalisation du glucose avec anomérie et mutarotation, synthèse de Williamson, C-alkylation en position α, aldolisation, crotonisation par E1CB, réaction de Claisen. La partie protection-déprotection et la synthèse multi-étapes ferment le chapitre, avec une attention demandée à l’impact environnemental des voies de synthèse.
Mécanique, oscillateurs et fluides en écoulement
L’approche énergétique du mouvement
Après le principe fondamental de la dynamique vu en première année, la deuxième année installe la voie énergétique : travail et puissance d’une force, théorème de l’énergie cinétique, énergie potentielle, énergie mécanique. L’essentiel du travail attendu consiste à lire un graphe d’énergie potentielle, y repérer un puits et une barrière, en déduire si la trajectoire est bornée, où la vitesse s’annule, quelles positions d’équilibre existent et si elles sont stables. L’application à la liaison chimique est explicitement prévue.
Oscillateurs mécaniques et résonance
Oscillateur harmonique, amortissement par frottement visqueux, mise sous forme canonique, pulsation propre, facteur de qualité, puis régime sinusoïdal forcé avec résonance et bande passante. Le programme insiste sur la généralité du modèle, transposable à l’électrique ou à l’acoustique, et l’illustre par des dispositifs concrets du type amortisseur, sismomètre ou accéléromètre. L’ouverture sur l’oscillateur harmonique quantique, avec la relation En = (n + ½)hν fournie, sert à interpréter les niveaux vibrationnels d’une molécule.
Tension superficielle et capillarité
Chapitre entièrement construit sur une approche énergétique. Énergie de surface, rôle d’un tensioactif, mouillabilité et angle de contact, loi de Young admise, loi de Laplace pour une interface sphérique uniquement, loi de Jurin pour l’ascension capillaire. Point de vigilance : aucune connaissance sur la force de tension superficielle n’est exigible, ni son expression.
Fluides en écoulement
C’est le plus gros chapitre de physique de l’année. Description eulérienne, lignes de courant, débits, bilans de masse, viscosité dynamique et nombre de Reynolds, coefficient de traînée. Puis la dynamique : relation de Bernoulli admise, effet Venturi, tube de Pitot, écoulement de Couette plan, écoulement de Poiseuille et loi de Poiseuille, résistances hydrauliques en série et en parallèle. Le chapitre se termine sur les milieux poreux, porosité, perméabilité et loi de Darcy exprimée avec la pression motrice. Les opérateurs d’analyse vectorielle et les équations aux dérivées partielles sont proscrits.
Ondes, signaux et conduction thermique
Le filtrage linéaire d’un signal
Le filtrage est introduit sur un filtre passif du premier ordre, le circuit RC, étudié à partir de l’équation différentielle en notation complexe. L’impédance complexe est hors programme, tout comme le gain en décibel. Ce qui est attendu, c’est de savoir tracer et exploiter une courbe de réponse en gain ou en phase, identifier une fréquence de coupure et une bande passante, puis choisir la nature du filtre adaptée à une opération de filtrage donnée à partir d’une analyse spectrale.
Interaction lumière-matière et fluorescence
La spectroscopie UV-visible et infrarouge de première année est reprise avec, cette fois, les niveaux vibrationnels discrets issus du modèle quantique. Cela permet d’expliquer la fluorescence : voies de désexcitation radiatives et non radiatives, déplacement de Stokes, rendement quantique, durée de vie de l’état excité. Les applications citées par le programme sont la révélation UV en chromatographie sur couche mince, la détection de contrefaçon, l’imagerie cellulaire et les protéines fluorescentes. Le diagramme de Perrin-Jablonski et les états de spin ne sont pas attendus.
La conduction thermique
La loi de Fourier est énoncée sous forme intégrale, sans vecteur densité de courant d’énergie, avec une dérivée de la température par rapport à une seule coordonnée d’espace. Cela suffit à établir les expressions des résistances thermiques admises en première année. Toute situation où le champ de température dépend du temps est exclue, sauf le régime quasi-stationnaire, les régimes variables étant abordés qualitativement par la loi d’échelle issue de l’analyse dimensionnelle.
Questions fréquentes sur le programme de physique-chimie BCPST 2
Le volume officiel est de 7 heures 30 par semaine, réparties en 4 heures de physique (2 heures 30 de cours, 30 minutes de TD, 1 heure de TP) et 3 heures 30 de chimie (2 heures de cours, 30 minutes de TD, 1 heure de TP). La physique-chimie est ainsi la discipline la mieux dotée de la deuxième année, devant les maths et la SVT qui disposent de 7 heures chacune. Les 2 heures de travaux pratiques comptent autant que le reste puisque les concours évaluent aussi les capacités expérimentales. Ces horaires figurent dans l’arrêté du 16 avril 2021.
La numérotation des parties de deuxième année prolonge celle de la première, ce qui traduit une continuité assumée. En thermodynamique, le second principe et le potentiel chimique viennent démontrer ce qui était admis en BCPST 1, notamment le critère d’évolution d’un système. En solution aqueuse, les réactions acide-base et d’oxydoréduction sont complétées par la complexation et la précipitation, avec la lecture des diagrammes potentiel-pH. La cinétique passe aux mécanismes en chaîne et à l’approximation de l’état quasi-stationnaire. La chimie organique ajoute l’activation des groupes caractéristiques et la stratégie de synthèse multi-étapes. Côté physique, la mécanique est reprise par l’énergie, les fluides en écoulement et les oscillateurs arrivent, et la conduction thermique complète les transferts thermiques vus en première année.
La physique-chimie est évaluée à l’écrit comme à l’oral dans les trois banques ouvertes à la filière. La banque Agro-Véto comporte deux épreuves écrites scientifiques portant sur la physique et sur la chimie, puis un oral et des travaux pratiques. Le concours G2E évalue la physique et la chimie dans deux épreuves écrites distinctes, avec un oral de physique. Aux ENS, la physique et la chimie interviennent dès l’admissibilité. Les coefficients varient selon la banque et selon l’école visée, il est donc utile de les vérifier chaque année sur les sites officiels des concours avant d’arbitrer son temps de révision.
Les capacités numériques sont exigibles au même titre que les capacités expérimentales. Le programme cite nommément la résolution d’une équation par dichotomie avec bisect, la méthode d’Euler explicite, la résolution d’un système différentiel avec odeint, la régression linéaire avec polyfit et le module random pour simuler un processus aléatoire. Ces outils servent par exemple à tracer l’évolution de concentrations pour mettre en évidence les conditions d’application de l’état quasi-stationnaire, à déterminer les conditions d’une précipitation sélective ou à évaluer une incertitude par simulation de Monte-Carlo. La documentation des bibliothèques est fournie le jour de l’épreuve, ce qui compte est de savoir quoi appeler et comment interpréter le résultat. Combien d'heures de physique-chimie par semaine en BCPST 2 ?
Qu'est-ce qui change entre le programme de physique-chimie de BCPST 1 et celui de BCPST 2 ?
Quelles épreuves de physique-chimie attendent les élèves aux concours BCPST ?
Quelle place occupe Python dans le programme de physique-chimie en BCPST 2 ?
Comment travailler la physique-chimie en BCPST 2 ?
La discipline est évaluée dans les trois banques ouvertes à la filière. La banque Agro-Véto comporte deux épreuves écrites scientifiques portant sur la physique et sur la chimie, complétées par un oral et par des travaux pratiques. Le concours G2E évalue la physique et la chimie dans deux écrits distincts, avec un oral de physique. Aux ENS, la physique et la chimie interviennent dès l’admissibilité. Les coefficients diffèrent d’une banque à l’autre et d’une école à l’autre, il vaut donc mieux les vérifier chaque année avant d’arbitrer son temps de révision.
Trois habitudes font la différence sur l’année. Traiter les capacités numériques au fil des chapitres plutôt qu’en révision, parce qu’un script se prépare mal en avril. Tenir un carnet de TP orienté protocole, puisque les épreuves demandent de justifier un choix de montage ou de solvant, pas de réciter un mode opératoire. Et travailler les annales sur des sujets de la banque visée, avec une attention particulière aux épreuves sur documents, qui évaluent l’exploitation d’informations fournies plus que le cours restitué.
Un appui extérieur se justifie rarement sur le programme entier, plutôt sur les deux ou trois chapitres qui bloquent. Le potentiel chimique, les diagrammes potentiel-pH, le filtrage linéaire et les écoulements reviennent chaque année dans les mêmes difficultés, et quelques séances ciblées suffisent souvent à les débloquer. Nos cours particuliers de physique-chimie se déroulent à domicile ou en visio partout en France, avec des professeurs issus des mêmes filières.
Quand c’est un pan entier du programme qui doit être reconstruit, avant un concours blanc ou à l’approche des écrits, le format intensif est plus adapté. Le stage de prépa BCPST2 reprend les chapitres de la filière sur une semaine et le stage intensif en maths spé couvre les vacances de février et de Pâques, au moment où les révisions de deuxième année se jouent vraiment.
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