Le nitrure de gallium a réduit la taille des blocs secteur sans faire disparaître la chaleur, et un chargeur 65 W ne délivre presque jamais 65 W. Cet article détaille ce que change réellement ce matériau, comment un port USB-C négocie sa tension palier par palier, et comment lire la répartition de puissance annoncée sur un bloc multiport.
Ce que le nitrure de gallium fait réellement
Le nitrure de gallium (GaN) est un semi-conducteur à large bande interdite : environ 3,2 à 3,4 électronvolts, contre 1,1 eV pour le silicium. Le matériau supporte donc un champ électrique bien plus élevé sur une épaisseur bien plus faible, ce qui donne des transistors dont la résistance à l’état passant reste basse sur une surface de puce réduite. Conséquence pratique : un transistor GaN commute plus vite et perd moins d’énergie à chaque commutation. Tout le reste découle de ce point.
Fréquence de découpage et volume
Un bloc secteur convertit le 230 V alternatif par découpage : un transistor ouvre et ferme le circuit des dizaines à des centaines de milliers de fois par seconde, et un transformateur transfère un paquet d’énergie à chaque cycle. Plus la fréquence monte, moins il faut d’énergie par cycle, donc plus le transformateur et les condensateurs peuvent être petits.
Les alimentations silicium classiques travaillent entre 65 et 100 kHz, les contrôleurs conçus pour le GaN montent couramment entre 300 kHz et 1 MHz. Les conceptions publiées font état de réductions de volume du transformateur de 40 à 70 % à puissance égale. Un adaptateur 65 W commutant autour de 500 à 600 kHz atteint une densité de puissance de l’ordre de 1,7 W par centimètre cube, boîtier compris.
Rendement et chaleur
Un bloc silicium de 65 W restitue en général 85 à 88 % de ce qu’il consomme au mur, contre 90 à 94 % pour les conceptions à base de GaN, quelques références de laboratoire dépassant 94,5 %. La différence se lit en watts dissipés : pour 65 W en sortie, un rendement de 87 % laisse environ 10 W partir en chaleur, un rendement de 93 % en laisse environ 5 W.
Diviser par deux les pertes ne rend pas un chargeur froid : un boîtier deux fois plus petit offre aussi beaucoup moins de surface d’échange avec l’air. Beaucoup de blocs compacts réduisent d’ailleurs leur puissance de sortie au-delà d’un seuil de température interne, ce qui se traduit par une charge qui ralentit au bout de vingt ou trente minutes, surtout dans un endroit mal ventilé (derrière un meuble, sous un textile, dans une housse fermée).
Enfin, l’appellation GaN ne décrit aucune architecture normalisée : certains blocs n’en utilisent que sur un seul étage de conversion. La mention seule ne dit rien du rendement réel ni de la puissance tenue dans la durée.
Power Delivery est une négociation, pas un robinet
Un port USB-C ne délivre jamais plus que ce qu’il a annoncé. Avant tout échange numérique, la broche CC (Configuration Channel) sert de canal de détection : l’appareil alimenté y place une résistance de rappel à la masse de 5,1 kΩ, la source une résistance de tirage dont la valeur code sa capacité. 56 kΩ annonce le courant USB par défaut (500 mA en USB 2.0, 900 mA sur une ligne USB 3.x), 22 kΩ annonce 1,5 A, 10 kΩ annonce 3 A. Tout cela se joue en 5 V, sans aucun message échangé.
Power Delivery vient par-dessus. La source émet la liste de ses profils (les Power Data Objects), l’appareil en choisit un et envoie sa requête, la source accepte, ajuste sa tension, puis signale que l’alimentation est stable. Si aucun profil ne convient, il n’y a pas d’échec visible : la liaison reste à 5 V au courant annoncé par la résistance.
Les tensions ne sont pas libres : la spécification définit des paliers fixes, et des règles de puissance obligent une source à proposer tous les paliers inférieurs à sa puissance nominale.
| Puissance source | Paliers fixes imposés | Courant maximal |
|---|---|---|
| Jusqu’à 15 W | 5 V | 3 A |
| 15 à 27 W | 5 V, 9 V | 3 A |
| 27 à 45 W | 5 V, 9 V, 15 V | 3 A |
| 45 à 100 W | 5 V, 9 V, 15 V, 20 V | 3 A, puis 5 A au-delà de 60 W |
| 100 à 140 W | les précédents plus 28 V | 5 A |
| 140 à 180 W | les précédents plus 36 V | 5 A |
| 180 à 240 W | les précédents plus 48 V | 5 A |
Les trois derniers paliers relèvent de l’Extended Power Range, introduit par la révision 3.1 en 2021. Augmenter la tension plutôt que le courant tient à la physique du connecteur : les pertes dans les contacts croissent avec le carré du courant, et 5 A restent la limite retenue pour l’USB-C. Passer de 100 à 240 W imposait donc de monter à 48 V.
Les modes à tension ajustable
Aux paliers fixes s’ajoutent des modes où la tension se règle finement. Le mode PPS (Programmable Power Supply), apparu avec la révision 3.0, couvre 3,3 à 21 V par pas de 20 mV, avec une limite de courant réglable par pas de 50 mA. Le mode AVS de l’Extended Power Range va de 15 V au palier maximal de la source, par pas de 100 mV. La révision 3.2, publiée en octobre 2024, a étendu ce principe à la plage standard (9 à 15 V pour les sources de 27 à 45 W, 9 à 20 V au-delà) et le rend obligatoire au-dessus de 27 W.
L’intérêt se mesure en degrés. Quand la source fournit exactement la tension dont la batterie a besoin à un instant donné, le convertisseur logé dans le téléphone a moins de travail à faire et dissipe moins de chaleur. Or la chaleur produite dans le téléphone est le premier facteur qui limite la vitesse de charge.
Pourquoi un chargeur 65 W ne charge pas tout à 65 W
65 W est un plafond, pas un débit. Ce chiffre correspond au produit de la tension la plus haute par le courant maximal admis à cette tension, souvent 20 V par 3,25 A, et ne vaut que pour un appareil capable de demander 20 V et d’absorber ce courant.
Un téléphone qui demande 9 V et tire 2 A reçoit 18 W, et le chargeur n’y peut rien : c’est l’appareil alimenté qui choisit dans la liste, et son circuit de charge est dimensionné pour une puissance donnée que rien ne modifie. Trois autres facteurs abaissent la puissance transférée.
- L’état de la batterie. Une cellule lithium-ion se charge en deux temps : à courant constant jusqu’à ce que la tension de cellule atteigne son plafond (environ 4,2 V sur une chimie courante), soit grossièrement 70 à 80 % de la capacité, puis à tension constante avec un courant qui décroît. La puissance annoncée n’est atteinte que pendant la première phase, ce qui explique que passer de 80 à 100 % prenne souvent autant de temps que 0 à 80 %.
- La température. Le circuit de gestion de la batterie réduit le courant demandé dès que la cellule chauffe. Une charge menée pendant une utilisation intensive, ou dans une pièce chaude, plafonne plus bas.
- Le câble. Un cordon USB-C sans puce d’identification est limité à 3 A, soit 60 W à 20 V, quels que soient les équipements aux deux bouts. Au-delà de 3 A, la spécification impose un e-marker, puce qui déclare la tenue en courant et en tension du cordon : 5 A jusqu’à 20 V pour un câble dit 100 W, 5 A jusqu’à 50 V pour un câble Extended Power Range. Un cordon 100 W ne transportera pas 240 W.
La longueur compte aussi : la résistance série d’un cordon fin de deux mètres provoque, à courant élevé, une chute de tension qui se paie en watts perdus dans le câble.
Power Delivery face aux protocoles propriétaires
Power Delivery est une spécification publique dont la négociation passe par la broche CC et par des messages définis, ce qui rend interopérables deux équipements conformes de constructeurs différents.
Plusieurs fabricants ont développé leurs propres protocoles, souvent antérieurs à Power Delivery. Certains font transiter la négociation par les broches de données D+ et D-, en y appliquant des tensions codées pour réclamer un palier, ce qui monopolise des broches prévues pour autre chose. D’autres travaillent à tension modérée et courant élevé, ce qui suppose un cordon dédié et un circuit de charge spécifique dans l’appareil. Ces approches atteignent des puissances élevées, mais dans un couple fermé : le même bloc branché sur un appareil d’un autre constructeur retombe sur Power Delivery s’il le gère, sinon sur 5 V.
Le cadre réglementaire européen a resserré ce paysage. Depuis le 28 décembre 2024, les téléphones, tablettes, écouteurs, liseuses et plusieurs autres catégories vendus dans l’Union doivent disposer d’un port USB-C, et ceux qui acceptent une charge au-delà de 15 W doivent gérer Power Delivery. Les ordinateurs portables suivent la même obligation depuis le printemps 2026. Un protocole propriétaire reste permis, mais en surcouche.
Lire la répartition de puissance d’un bloc multiport
La puissance inscrite sur un bloc multiport désigne presque toujours un total partagé, pas la puissance de chaque sortie : un bloc annoncé 65 W avec trois ports ne fournit pas 65 W par port. Deux logiques de répartition coexistent.
- Le partage figé. Les combinaisons sont décidées à la conception. Un bloc 65 W à deux ports donnera par exemple 65 W sur le premier port utilisé seul, puis basculera sur 45 W et 20 W dès qu’un second appareil est branché. Avec trois appareils, la répartition peut descendre à 30, 20 et 15 W.
- Le partage dynamique. Un contrôleur observe ce que chaque port consomme réellement et réattribue la marge disponible, avec des paliers plus fins. Cela évite qu’un port se voie réserver 20 W quand l’appareil n’en demande que 5.
La ligne à chercher sur une fiche technique détaille ces combinaisons, pas le chiffre en gros caractères. Un comportement mérite en outre l’attention : la renégociation à chaud. Quand un appareil arrive sur un second port, le bloc redescend la tension du premier, ce qui provoque une coupure brève. Sur un ordinateur portable dont la batterie est à plat, ou sur un disque externe alimenté par le bus, elle peut suffire à provoquer un redémarrage.
Vérifier ce qui est réellement négocié
Un testeur USB-C intercalé entre le bloc et le câble affiche la tension et le courant réels, et souvent la liste des profils annoncés par la source. La lecture est directe. Une tension stable à 9,00 V indique qu’un palier fixe a été retenu, une valeur intermédiaire et mouvante comme 8,74 V signale un mode à tension ajustable. Un courant plafonné à 3,00 A alors que les deux extrémités sont données pour 5 A désigne le câble. Une liaison qui reste à 5 V alors que les deux équipements gèrent Power Delivery oriente vers un cordon dont la broche CC n’est pas correctement câblée. Trois mesures suffisent en général à savoir qui fixe la limite : le bloc, le câble ou l’appareil.