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CONCOURS EXTERNES IT 2019
EPREUVE TECHNIQUE D’ADMISSION
Durée : 2h00 Coefficient : 2 Concours externes 2019 n° 147 AI BAP C
Corps : Assistant Ingénieur BAP : C Emploi-type : Assistant en instrumentation scientifique et techniques expérimentales C3B21 Délégation organisatrice : Ile de France Ouest et Nord, Meudon
REMARQUES IMPORTANTES
L’usage d’une calculatrice n’est pas autorisé (mais détaillez la méthode de calcul et donnez un ordre de grandeur
dans le cas de calculs complexes) ou tout autre document ou matériel (smartphone, ordinateur, tablette,
smartwatch …) est interdit.
Aucun document autre que le présent sujet n’est autorisé pendant l’épreuve.
Répondre directement sur les feuilles du sujet – les questions sont indépendantes.
Cette épreuve est volontairement longue pour augmenter vos chances de réponse. La quantité de questions ne
doit pas vous inquiéter : ne pas répondre à toutes les questions n'est pas synonyme d'élimination.
Veuillez à respecter l'anonymat dans vos réponses.
Il sera tenu compte de la présentation et de l’orthographe.
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SOMMAIRE :
PARTIE A : Physique générale 7 points Page 03
PARTIE B : Instrumentation scientifique 4 points Page 05
PARTIE C : Détecteurs germanium 7 points Page 06
PARTIE D : Electricité et électronique 7 points Page 09
PARTIE E : Vide et mécanique 7 points Page 12
PARTIE F : Informatique, interface et acquisition de données 5 points Page 16
PARTIE G : Hygiène et sécurité 3 points Page 19
REMARQUE :
Des connaissances / compétences dans de multiples domaines sont demandées pour ce poste.
Cette épreuve écrite est conçue pour tester l’ensemble de ces connaissances, mais nous sommes
conscients que vous ne pouvez pas être spécialiste de l’ensemble de ces domaines.
Nous vous conseillons de ne pas perdre de temps et passer à la question suivante quand vous n’avez pas
la réponse, de façon à pouvoir parcourir l’ensemble des questions.
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PARTIE A : Physique générale
A1. Donner le nom des acronymes suivants (0,5 pt) :
CNRS :
GANIL :
CEA :
UMR :
GIP :
A2. Donnez une définition des appellations suivantes : (1,5 pts)
Pression
Vitesse
Inductance
Résolution
Efficacité
Précision
Reproductibilité
Bande passante
Rapport signal/bruit
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A3. Compléter les tableaux ci-dessous. (1 pt)
Nom Méga nano micro Giga milli Pico
Puissance de
10
106
10-9
109
10-12
Symbole µ m
Grandeur Tension Pression Résistance Puissance
Unité
(SI)
kg
A
K
J
A4. Reliez correctement les unités de la colonne A avec celles de la colonne B (0,5 pt)
Colonne A Colonne B
1 Pascal 1 kg.m2.s-2
1 Bar 1 kg.m.s-2
1 Joule 1 J.s-1
1 Watt 1N.m-2
1 Newton 105 N.m-2
A5. Citez les trois modes de propagation de la chaleur (0,5 pt)
A6. Quelles sont les 3 grandeurs qui caractérisent une onde sinusoïdale ? (0,5 pt)
A7. Dans quelle gamme de fréquence se situent les ondes électromagnétiques suivantes ?
Placer les chiffres dans les cases correspondantes (0,5 pt) :
1 = UV, 2 = X, 3 = Ondes radio, 4 = Visible, 5 = IR 6 = gamma, 7 Micro-ondes
A8. Donner la température de l'azote liquide et de l'hélium liquide : (1 pt)
LN2 : °C ; K
LHe : °C ; K
A9. Compléter le tableau suivant : (1 pt)
Valeur
numérique 1,6.10-19 511 6,63.10-34
Nom Nombre
d’Avogadro
Célérité de la
lumière dans
le vide
Masse de
l’électron au
repos
Constante de
Planck
Unité C NA
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PARTIE B : Instrumentation scientifique
B1. Citez deux capteurs de pression et expliquez leur mode de fonctionnement (ou le principe de
mesure) ? (0,5 pt)
B2. Différents types de capteurs permettent de mesurer la température. Expliquez la différence de
principe de mesure entre les 2 capteurs suivants: un thermocouple et une sonde à résistance.
(1 pt)
B3. Donnez deux caractéristiques d’un faisceau laser ? Pouvez-vous citer deux types de laser
couramment utilisés et une de leurs applications ? (0,5 pt)
B4. Quel dispositif expérimental utilise-t-on pour étudier à basse température des matériaux ?
Comment réduit-on les pertes thermiques sur ce type de dispositif ? (1 pt)
B5. Le laboratoire veut s'équiper d'un nouvel instrument scientifique existant sur le marché. Quelle
est votre démarche pour choisir l'appareil adapté aux besoins des utilisateurs ? (1 pt)
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PARTIE C : Détecteurs
À partir de vos connaissances et de la publication ci-dessous, répondez aux 6 questions.
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C1. Donner les types de détecteurs utilisés en physique ? Expliquer brièvement leur fonctionnement et
donner un exemple de chaque type. (1 pt)
C2. Pourquoi doit-on refroidir un détecteur germanium ? (0,5 pt)
Quelle est la précaution à prendre en cas de montée en température ? (0,5 pt)
C3. Quelle résolution attend-on à la sortie d'un détecteur Ge à 1MeV ? (0,5 pt)
C4. Quels sont les différents étages d'amplifications d'un signal en sortie du cristal ? (1 pt)
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C5. a) Qu'est-ce qu'un spectre en énergie ? (1 pt)
b) Que provoque une exposition trop importante aux neutrons ? (0,5 pt)
c) Comment les détecteurs qui ont ce problème sont-ils "réparés" ? (0,5 pt)
d) Relier les différents spectres à leur légende (0,5 pt)
(1) (2) (3)
(a) Spectre en énergie d'un détecteur germanium ____
(b) Spectre en énergie d'un détecteur BGO ____
(c) Spectre en énergie d'un détecteur avec des dommages dû aux neutrons _____
C6. Traduire la deuxième phrase de la conclusion : (1 pt)
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PARTIE D : Électricité et électronique
D1. Pour le réseau électrique français, donnez la tension entre les phases d'un branchement triphasé,
ainsi que celle entre le neutre et une des phases. (0,25 pt)
D2. Quelle est la norme de couleur du fil de terre ? Pour la phase ? Pour le neutre ? (0,25 pt)
D3. Quelles sont les 3 principales grandeurs électriques mesurables avec un multimètre ? (0,5 pt)
D4. Donnez la définition d'un câble coaxial et d'un connecteur BNC ainsi que leur impédance
caractéristique dans les montages couramment utilisés en instrumentation scientifique. (1 pt)
D5. Indiquez les valeurs de R et de C du schéma équivalent : (1 pt)
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D6. Le montage intégrateur
On considère l'amplificateur opérationnel A comme idéal.
a) Donnez l'expression de la tension de sortie Us en fonction de R, C et de la tension d'entrée UE.
(0,5 pt)
b) Indiquez la forme du signal de sortie si le signal d’entrée est carré. (0,5 pt)
D7. Un ampèremètre doit se brancher : (0,5 pt)
o en série
o en dérivation
o en parallèle
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D8. Oscillogramme
Observez ce signal lu sur un oscilloscope :
Signal typique issu d’un PM (Photomultiplicateur)
a) Quel est environ le temps de montée (rise-time) du signal ? (1 pt) o 10 ns
o 30 ns
o 45 ns
b) L’oscilloscope a une BP de 500 MHz à -3dB, quels sont les temps de montée des signaux que
je peux visualiser correctement sans trop de perte d’informations ? (1 pt)
c) Si on branche un câble de 50 Ohm sur une sortie d’impédance 50 Ohm, le signal en sortie de
câble sera : (0,5 pt)
o Identique
o ½ de l’amplitude initiale
o ¾ de l’amplitude initiale
o 2 x l’amplitude initiale
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PARTIE E : Vide et mécanique
E1. Parmi les pressions suivantes, laquelle est la plus basse ? (0,5 pt)
o 10-2 Torr
o 10-3 atm
o 1 Pa
o 0,01 bar
o 0,1 mmHg
E2. On dispose d’une enceinte expérimentale décrite ci-dessous que l’on souhaite mettre sous un vide
secondaire :
a) Complétez le tableau ci-dessous pour faire correspondre les numéros des éléments du schéma avec
leur désignation : (1,5 pts)
Désignation des éléments Numéro
Enceinte à vide
Vanne de remise à la pression atmosphérique de l’enceinte à vide
Vanne de remise à la pression atmosphérique de la colonne de pompage
Vanne secondaire – enceinte à vide
Vanne primaire – enceinte à vide
Pompe turbo-moléculaire
Pompe primaire
Vanne primaire – secondaire
Jauge Pirani
Jauge Full Range (combinaison Pirani / Bayard-Alpert)
1 9
3
5
4
7
2 6
8
10
Réservoir N2 sec
P = 10 bars
V = 3 m3
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b) Pourquoi a-t-on associé un réservoir d’azote sec à l’enceinte ? (1 pt)
c) Quel dispositif doit-on ajouter entre l’enceinte et le réservoir d’azote sec si l’on veut obtenir 1 bar
absolu d’azote sec dans l’enceinte ? (0,5 pt)
Nota : les soupapes de sécurité ne seront pas retenues comme réponse.
d) Ce dispositif expérimental est placé dans un local confiné, dépourvu de ventilation dont le volume est
de 75m3 avec une température ambiante de 20°C.
Quel est le risque encouru par l’opérateur en cas de fuite du réservoir d’azote sec (volume et pression
correspondant au schéma) ? Justifier votre réponse par un calcul approximatif. (0,5 pt)
E3. Donnez les limites des vides suivants et pour chacun, un exemple de pompe à vide permettant de les
atteindre : (1 pt)
o Vide primaire : pompe à vide
o Vide secondaire : pompe à vide
o Ultra vide : pompe à vide
E4. Déterminez les vues de face, de dessus, de dessous, de gauche et de droite (1 pt)
Note : La flèche indique l’orientation de la vue de face, indiquez la bonne lettre dans chaque carré.
Système d’orientation
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E5. Que montrent les flèches ci-dessous ? (0,5 pt)
E6. Que laissent apparaitre ces vues en coupe ? (0,5 pt)
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PARTIE F : Informatique, interface
et acquisition de données
F1. Expliquez la différence entre signal analogique et signal numérique. (0,5 pt)
F2. Quel est le rôle d'un système d'exploitation sur un ordinateur et pouvez-vous en citez au moins
deux ? (0,5 pt)
F3. Quelle est l'application de chacun des logiciels ou produits suivants: (1 pt)
Labview
Matlab
Solidworks, CATIA
RS232
RJ45
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F4. Étude de documentation d’une carte d’acquisition NI PCI 601 (1 pt)
Résumé des spécifications
Format PCI
Système d'exploitation / cible Windows, Temps réel, Linux, Mac OS
Famille de produits d'acquisition de données Série B
Entrée analogique
Nombre de voies 16
Fréquence d'échantillonnage 200 kéch./s
Résolution 16 bits
Échantillonnage simultané Non
Gamme de tension maximum -5..5 V
Gamme de tension minimum -0.2..0.2 V
Nombre de gammes 3
Mémoire embarquée 4095 échantillons
Sortie analogique
Nombre de voies 2
Résolution 16 bits
Gamme de tension maximum -5..5 V
Précision de gamme 5386 µV
Gamme de tension minimum -5..5 V
Précision de gamme 5386 µV
Alimentation en intensité (voie/total) 5 mA
a) Combien de voies peut-on acquérir?
b) Quelle est la résolution en Volts pour la gamme de tension maximum et pour la gamme de tension
minimum ?
c) Quel temps s'écoule entre deux points mesurés ?
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F5. On vous fournit le schéma suivant réalisé sous Labview : (1 pt)
a) Quelle est la structure principale de ce schéma ?
b) Cette structure contient un registre à décalage. A quoi sert-il ?
c) Après exécution, qu’obtenez-vous sur l’indicateur ‘RESULTAT’ ?
F6. Le laser d’un lecteur de CD lit une information binaire, c’est-à-dire une succession de creux (le
nombre 0) et de bosses (le nombre 1). À quel chiffre correspond le nombre binaire 1101 ? (0,5 pt)
o 4
o 9
o 13
F7. Quel est le quantum d’un CAN (Convertisseur Analogique Numérique) 12 bits unipolaire dont la
tension de référence est 4V ? (0,5 pt)
o 1 mV
o 100 µV
o 2 mV
o 10 mV
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PARTIE G : Hygiène et sécurité
G1. Donnez en quelques mots la signification des pictogrammes suivants: répondez dans les cases à
droite des pictogrammes. (1 pt)
G2. Citez quelques EPI (Equipement de Protection Individuelle) indispensables pour travailler dans un
atelier de mécanique ? (1 pt)
G3. Quels sont les risques liés à l’utilisation d’azote liquide ? Comment s’en protéger ? (1 pt)