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Chargeurs au nitrure de gallium (GaN) : à quoi sert cette technologie ?

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Les chargeurs de demain arrivent ! Construits avec des semi-conducteurs au nitrure de gallium (GaN) — qui remplace le silicium —, ces nouveaux modèles sont compacts et plus puissants. Explications…

Il ne vous a sûrement pas échappé que les chargeurs deviennent de plus en plus puissants, mais aussi paradoxalement de plus en plus compacts. Une prouesse technique et technologique due au nitrure de gallium, aussi appelé GaN. Un semi-conducteur qui fait de vrais miracles dans l’industrie depuis quelques années déjà, mais qui se développe actuellement particulièrement dans les chargeurs.

Le nitrure de gallium (GaN), qu’est-ce que c’est ?

En résumé, le nitrure de gallium est un composé binaire de gallium (Ga) et d’azote (N). Au même titre que le silicium, il s’agit d’un semi-conducteur. C’est à ce composé, présent dans l’industrie depuis le début des années 90, que nous devons les leds bleues, fruits de l’équipe du chercheur japonais Shuji Nakamura. C’est en 2019 que l’on trouve les premières traces de ce semi-conducteur dans les chargeurs de smartphones.

Vue éclatée d'un chargeur GaN d'Anker. Le format de la carte-mère est réduit grâce à la petite taille du semi-conducteur au nitrure de gallium. © Anker

Vue éclatée d’un chargeur GaN d’Anker. Le format de la carte-mère est réduit grâce à la petite taille du semi-conducteur au nitrure de gallium. © Anker

Le fonctionnement d’un chargeur au nitrure de gallium est plutôt simple. Comme le précise par exemple le constructeur Belkin sur son site, l’usage du nitrure du gallium permet de réduire la taille des chargeurs, car ce composant chauffe beaucoup moins que le silicium ; ce qui permet de loger les divers composants dans un espace moindre.
Cet échauffement limité est dû à une bande interdite quasiment triplée par rapport au silicium. Comprenez par là que ce semi-conducteur possède une bien meilleure capacité à conduire l’électricité. Il gère ainsi bien mieux les hautes températures et les hautes tensions. Ainsi, quand la capacité énergique est de 1,12 eV pour le silicium, elle est de 3,4 eV pour le nitrure de gallium.

Le nitrure de gallium dans les chargeurs

Ces qualités permettent de stocker plus de composants dans un boîtier plus compact et donc d’accroitre la puissance à taille égale. Ainsi, un chargeur GaN de 65 W est à peine plus épais qu’un bloc de charge classique de 25 W. Ce gain de place et de poids est très important à l’heure où les constructeurs proposent des chargeurs toujours plus puissants. Alors que nous atteignons des puissances de 120 à 135 W, les chargeurs fournis avec nos smartphones sont encore au silicium. Mais les chargeurs au nitrure de gallium commencent à se faire une place. Anker, Belkin, Ugreen ou même Xiaomi se sont déjà jetés sur cette technologie en proposant des blocs de 30 à 130 W. Évidemment, le coût de cette nouvelle technologie est pour le moment plus élevé, et cela se ressent sur le prix de vente.

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À titre d’exemple, un chargeur classique de 120 W de Xiaomi, pourtant déjà compact, fait quasiment la taille d’un chargeur GaN de 100 W… équipé de 4 ports USB (3 USB-C et 1 USB-A) ! Le ratio compacité/nombre de ports USB est assez impressionnant, tout cela dans un bloc de 285 grammes.
À puissance égale, on peut considérer qu’un chargeur standard est environ 40 % plus gros qu’un bloc de charge GaN .

Le chargeur GaN de 100 W est pratiquement de la taille d'un bloc de charge

Le chargeur GaN de 100 W est pratiquement de la taille d’un bloc de charge “classique” de 120 W, mais il dispose de 3 ports supplémentaires.

Une distribution de la puissance

Outre ces avantages, le GaN permet de proposer des chargeurs équipés de la technologie Power Delivery (plus connue sous l’acronyme PD). Un protocole de recharge qui n’est évidemment pas nouveau, mais qui n’est pas systématiquement présent dans les blocs de charge. Par exemple, sur notre chargeur-type, un Ugreen PD 100 W, deux des trois ports USB-C peuvent délivrer une telle puissance de sortie — mais lorsqu’on y connecte plus d’un appareil, cette puissance est répartie entre les différents appareils branchés (voir visuel ci-dessous).

© Ugreen.

Quel avenir pour le GaN ?

Les divers analystes et chercheurs prédisent une baisse rapide du coût des produits usant du nitrure de gallium. Si le développement est moins coûteux qu’avec le silicium, le prix final d’un chargeur est, pour le moment, plus élevé que celui d’un adaptateur traditionnel. Pour le moment, un chargeur 30 W se vend autour des 30 €, un 65 W entre 40 et 50 €, et un 100 W peut atteindre les 80 €. Le plus cher que nous ayons pu trouver (un chargeur de 130 W vendu par Razer) vaut 180 €.

Dans la mesure où les constructeurs de smartphones vendent de moins en moins de blocs de charge avec leurs produits, il ne faut pas s’attendre à les voir participer au développement des chargeurs GaN. Certains travaillent cependant sur le sujet, comme Xiaomi qui propose un premier chargeur de 65 W sur son store. Apple vend également déjà des chargeurs au GaN pour ses récents MacBook Pro 14 et 16″, tout comme Samsung avec son bloc de 45 W. Mais pour accompagner les smartphones, les marques préfèrent encore proposer des blocs au silicium, en augmentant la puissance, plutôt qu’en réduisant la taille.

Selon GaN Systems, leader dans la technologie, 2022 devrait être l’année où tout va s’accélérer. Les nouveaux chargeurs qui arrivent sur le marché seront encore plus performants (plus puissants, meilleur rendement…) et pourront satisfaire les besoins des consommateurs qui ont besoin de charger rapidement plusieurs appareils.

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