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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)