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Nitrure de gallium : pourquoi ce matériau révolutionne la charge des appareils technologiques

Cela fait des lustres qu’on nous promet la batterie du futur. Qu’elle soit faite de graphène ou d’aluminium, elles sont censées nous sauver de l’angoisse de l’écran noir avec leurs autonomies extraordinaires ou leur résistance aux chocs. Mais force est de constater que le futur n’est pas encore arrivé. Et si finalement la solution se trouvait dans le chargeur ?

Depuis quelques années on voit arriver des chargeurs de plus en plus compacts capables de fournir de plus en plus de puissance. Ce changement n’est pas le fruit d’un bouleversement des lois élémentaires de la physique, mais d’une innovation qui s’installe à bas bruit : l’utilisation du nitrure de gallium (GaN). On vous explique (presque) tout en quelques questions.

Qu'est-ce que le nitrure de gallium (GaN) ?

Si l’on s’en tient à la définition de Wikipédia France, le nitrure de gallium est « un composé binaire (groupe III/groupe V) qui possède une semiconductivité intrinsèque ». Pas plus avancé ? Pour faire simple, c’est un matériau composé de gallium et d’azote (pour une formule brute qui porte le nom de GaN) qui, au même titre que le silicium aujourd’hui largement employé dans nos appareils électroniques, est un matériau semi-conducteur utilisable dans l’électronique grand public.

Historiquement, le nitrure de gallium était utilisé dans la confection de panneaux photovoltaïques pour satellites et dans celles d’ampoules LED. Des progrès industriels ont ensuite permis son utilisation dans l’électronique de puissance permettant des avancées dans la fabrication de chargeurs notamment.

Quels sont les avantages du nitrure de gallium ?

« Le nitrure de gallium peut fonctionner avec des tensions plus élevées que le silicium » explique à Numerama Jean-Louis Cotin, maitre de conférence à Sorbonne Université et spécialiste de la physique des semi-conducteurs « et puisqu’on n’a pas besoin d’abaisser les tensions, cela permet d’avoir moins de composants dans un chargeur. À taille égale on gagne en puissance et le GaN chauffe également moins que le silicium ».

Le nitrure de gallium a donc une meilleure efficacité énergétique que le silicium et est moins susceptible à la chaleur. Cela permet de fait de produire des chargeurs plus compacts et plus puissants que leurs équivalents à base de silicium. « Les propriétés chimiques du silicium en termes de chaleur et de transfert électrique empêchent les composants d’être plus petits qu’ils ne le sont actuellement », précise l’accessoiriste Belkin qui dédie une page de son site au nitrure de gallium.

« L’aspect énergétique est aussi à prendre en compte » ajoute Jean-Louis Cotin « le GaN permet d’avoir un rendement énergétique environ 30 % meilleur que celui du silicium. »

Pourquoi il n’y en a pas de nitrure de gallium partout ?

Pour faire simple : l’argent. Les solutions industrielles dédiées au silicium sont bien installées et donc plus rentables que le celles liées au GaN qui exigent des ajustements dans le procédé de fabrication. C’est pour cela que seules quelques entreprises proposent des produits à base de nitrure de gallium. On trouve parmi elles Belkin (35 € sur Amazon), Aukey (39 € sur Amazon) ou Anker (44 € sur Amazon) qui proposent une poignée d’accessoires chacune. Apple commercialise également un chargeur GaN.

« L'industrie microélectronique a des machines qui sont faites pour produire des pans entiers de silicium. Les machines sont adaptées. Pour le GaN c’est beaucoup plus compliqué », détaille Jean-Louis Cotin, qui précise néanmoins que l’utilisation du nitrure de gallium est plus facile et moins couteuse aujourd’hui, car on « sait le faire pousser sur du silicium. »

Un chargeur GaN, qu'est-ce que ça vaut en pratique ?

Pour goûter un peu au futur, nous avons commandé un chargeur GaN Aukey afin de le tester. Nous avons opté pour le modèle Omnia 61 watts, car il présente les mêmes caractéristiques que le chargeur Apple 61 watts (même nombre de ports USB-C, même puissance), offrant une comparaison facile entre le silicium et le GaN.

Et le moins qu’on puisse dire c’est que le chargeur Aukey impressionne en effet par sa compacité. Son encombrement est d'environ 60 cm³ contre 153 cm³ pour le chargeur d'Apple, soit une réduction d'environ 60 %. C’est bien simple, on a l’impression de se retrouver devant un chargeur de smartphone alors que l’accessoire est capable d’alimenter un ordinateur.

Que ce soit les MacBook Air ou Macbook Pro ou même un Dell XPS 13, aucun ordinateur n’a bronché lorsqu’on l’a branché au chargeur GaN. Les 61 watts délivrés sont suffisants pour recharge efficacement la plupart des téléphones et des pc portables du marché.

Couplés à la technologie de l’USB-C Power Delivery qui module la puissance en fonction du type d’appareil branché, les chargeurs au nitrure de gallium représentent donc un rêve de nomadisme puisqu’ils sont à la fois compacts, légers, puissants et universels. Une belle prouesse.

Quels sont les meilleurs chargeurs GaN ?

Les chargeurs au nitrure de gallium sont souvent estampillés « GaN » par les marques qui les commercialisent. C'est le moyen le plus simple d'être sûrs que ce n'est pas un chargeur au silicium classique avant d'acheter. Nous en recommanderions trois :

Belkin double USB-PD : idéal pour charger deux appareils en même temps. Belkin le vend 60 €, mais les promotions autour de 35 € sont nombreuses.

Anker USB-C et USB-A : un chargeur idéal si vous câbles ne sont pas tous, encore, en USB-C. Anker le commercialise autour de 45 €.

Apple USB-C 140 watts : Le chargeur GaN grand public le plus puissant sur le marché. Vendu autour de 100 euros.

Certains liens sont affiliés. On vous explique tout ici.