Les appareils mobiles ont modifié notre façon de travailler, de nous reposer et de nous divertir, le plus souvent dans le bon sens. L'un de leurs inconvénients réside toutefois dans l'inquiétude qui nous assaille chaque matin lorsque nous sortons de chez nous : la charge de notre smartphone sera-t-elle suffisante pour nous permettre de naviguer sur Internet, de publier sur les réseaux sociaux et de prendre des vidéos jusqu'à la fin de la journée ?
Les plus consciencieux d'entre nous alignent leurs appareils mobiles chaque soir et les branchent sur le secteur avant d'aller se coucher pour les récupérer complètement chargés au petit matin. Cependant, malgré les progrès constants de la technologie des batteries au cours des dernières décennies, les grands écrans lumineux, les processeurs puissants et la connectivité permanente font que même l'utilisateur le plus organisé peut voir apparaître la redoutable icône rouge de batterie faible plusieurs heures avant la fin d'une journée d'activité électronique.
Il n'y a donc pas à s'étonner que les points d'alimentation de secours dans les lieux publics, les espaces de travail et les voitures soient rapidement occupés par des chargeurs instamment priés de redonner le plus rapidement possible un peu de vie aux batteries de nos appareils mobiles. Une étude préliminaire sur les habitudes des utilisateurs indique que 50 pour cent des « événements de charge » durent 30 minutes ou moins, et que même pendant ce laps de temps, l'utilisateur sollicite souvent son appareil mobile pour d'autres activités, ce qui réduit la puissance disponible pour recharger véritablement la batterie.
Bien que cet événement soit presque passé inaperçu, le fabricant de puces de téléphonie mobile Qualcomm a relevé ce défi en encourageant les fabricants d'appareils mobiles à adopter « Quick Charge », une technologie qui accélère la recharge. La société vient de sortir la version Quick Charge 3.0, qui accélère encore davantage les temps de charge tout en améliorant l'efficacité.
Accélérer la charge
Quel est l'effet d'un branchement rapide au secteur sur la batterie d'un appareil mobile ? Il permet bien évidemment de la recharger, mais pas toujours dans la même mesure. Ce paramètre dépend en effet de plusieurs facteurs, parmi lesquels le courant de sortie du chargeur, l'arrêt ou la sollicitation de l'appareil mobile pendant la charge et surtout, le niveau de charge restante sur la batterie avant le branchement de l'appareil. Toutefois, si l'on prend l'exemple d'une batterie d'appareil mobile type de 3 300 mAh dont la capacité restante est très faible et qui est rechargée au moyen d'un adaptateur mural USB de 5 V/1 A (5 W), une recharge de 30 minutes permettrait une augmentation de la capacité de l'ordre de 15 pour cent (dans la pratique, cette valeur tombe à 12 pour cent compte tenu des pertes système). Bien que cette solution soit fort utile lorsque l'utilisateur a atteint ses tous derniers mAh, elle n'est guère impressionnante et il y a fort à parier que l'utilisateur parte à la recherche d'une nouvelle prise murale avant la fin de sa journée de travail.
L'une des façons d'accélérer la charge est d'augmenter la puissance fournie par l'adaptateur mural. Certains fabricants ont adopté cette approche et proposent, par exemple, des adaptateurs muraux USB capables de délivrer une puissance de 5 V/2 A (10 W), ce qui (en théorie) doublerait le gain de capacité de la batterie au cours d'une charge de 30 minutes, par rapport aux unités plus modestes décrites ci-dessus.
Malheureusement, les batteries Li-Ion, la technologie de batterie (de loin) la plus dominante pour les appareils mobiles, sont des composants relativement fragiles. Une charge rapide génère de la chaleur, laquelle modifie de façon subtile la structure interne de la batterie, ce qui conduit à une réduction de la capacité, à des défaillances précoces et, dans le pire des cas à une combustion spectaculaire et extrêmement dangereuse. Confrontés à ce défi, les fabricants ont logiquement décidé d'agir avec prudence, préférant ralentir les délais de charge plutôt que de s'exposer à une multiplication de réclamations au titre de la garantie, extrêmement coûteuses.
Toutefois, depuis l'acquisition de Summit Electronics en 2012 et d'un certain niveau de savoir-faire en matière de charge, Qualcomm n'a cessé de vanter les mérites de Quick Charge, une technologie qui prétend équilibrer charge rapide et performances de la batterie. Quick Charge utilise un algorithme exécuté sur le processeur Snapdragon de la société (le processeur intégré à la carte DragonBoard de Qualcomm) pour déterminer en permanence la puissance maximale qui peut être appliquée à une batterie pendant le processus de charge sans risquer de l'endommager.
La technologie Quick Charge a été adoptée par un grand nombre de fabricants d'appareils mobiles qui intègrent le processeur Snapdragon associé à un circuit imprimé de gestion de puissance (PMIC) dans le smartphone et qui fournissent aux utilisateurs un adaptateur mural USB capable de délivrer une puissance supérieure à celle des unités classiques. Bien que les utilisateurs ne l'aient peut-être pas remarqué, la plupart des smartphones actuels se chargent beaucoup plus rapidement que les modèles précédents grâce à Quick Charge. Qualcomm affirme par exemple que Quick Charge 2.0 (avec un adaptateur mural USB 9 V/2 A (1 W)) peut recharger une batterie de smartphone de 3 300 mAh vide à 63 pour cent de sa capacité en 30 minutes.
Cet automne, Qualcomm a annoncé la version 3.0 de Quick Charge, qui sera intégrée aux appareils mobiles dès l'année prochaine. Les principales modifications apportées par cette version sont un algorithme retravaillé, appelé à tort ou à raison INOV (Intelligent Negotiation for Optimum Voltage, Négociation intelligente pour une tension optimale), qui contrôle le PMIC de façon à réguler la tension de charge par incréments de 200 mV sur une plage de 3,6 à 20 V. Ceci équivaut à 82 niveaux de charge possibles, au lieu de quatre avec la version 2.0.
Les résultats des améliorations introduites avec Quick Charge 3.0 sont une augmentation modeste de la vitesse (se traduisant par une capacité supplémentaire de 8 pour cent sur la batterie avec une charge de 30 minutes par rapport à la version 2.0, voir l'illustration) mais un gain important en termes d'efficacité. Le gain d'efficacité provient principalement du mécanisme de tension extrêmement précis qui permet d'adapter plus étroitement la fourniture à la demande de la batterie à un moment donné du cycle de charge, ce qui limite les pertes système. Qualcomm affirme que, par rapport à la génération précédente de la technologie, Quick Charge 3.0 dissipe 38 pour cent de puissance en moins au cours d'une charge de 30 minutes d'une batterie de 3 300 mAh. Une dissipation de puissance inférieure signifie également moins de chaleur, ce qui contribue à réduire le stress sur la batterie.
Les fabricants qui adoptent Quick Charge contrôlent la puissance de sortie maximale de l'adaptateur mural USB. Étant donné qu'aucun produit n'a encore été commercialisé, il est difficile de prévoir les puissances de sortie type. Quick Charge 2.0 pourrait théoriquement supporter 60 W sur un connecteur USB de type B, mais la puissance maximale pour les adaptateurs muraux USB destinés aux smartphones a été plafonnée à 18 W par les fabricants (généralement à partir d'une sortie 9 V/2 A). Les adaptateurs muraux USB Quick Charge 3.0 fonctionneront probablement à un niveau similaire.
Préserver les batteries Li-ion
Bien que les améliorations en termes de vitesse et d'efficacité de charge pour une recharge de 30 minutes soient fort appréciables, il n'en reste pas moins que la charge complète de batteries d'appareils mobiles avec Quick Charge 3.0 peut malgré tout encore demander jusqu'à 90 minutes. Ceci s'explique par le fait que les batteries Li-ion doivent être rechargées selon un mécanisme en deux étapes. La première étape peut être exécutée assez rapidement au moyen d'une source de courant constant, mais dès que la tension de la batterie atteint environ 4,1 V (la tension seuil), le système de charge doit progressivement réduire le courant afin de maintenir une tension constante permettant de recharger la batterie de manière optimale. Si un courant trop élevé est maintenu après que la batterie ait atteint 4,1 V, des dommages peuvent survenir.
La technologie Quick Charge prend son véritable sens dans la phase de courant constant de la charge d'une batterie Li-ion, dans laquelle l'activation de l'adaptateur permet d'accélérer les opérations. Cependant, dès lors que la tension seuil a été atteinte, la charge se poursuit à une vitesse déterminée par les caractéristiques de la batterie, et elle n'est par conséquent pas plus rapide que les systèmes traditionnels.
L'accélération de la phase de courant constant du cycle de charge présente un inconvénient : plus la charge est rapide, plus la capacité de la batterie est faible lorsque la tension seuil est atteinte, ce qui allonge considérablement la période du cycle de tension constante (beaucoup plus lente) pour terminer le processus. Charger la batterie à un courant de l'ordre de 70 pour cent de celui que la batterie peut fournir pendant une heure (c'est-à-dire environ 2,3 A pour une batterie de 3 300-mAh) se traduit par une capacité de 60 pour cent au moment du basculement vers la phase plus lente de tension constante. En ralentissant le processus à un courant de charge de 20 pour cent de la capacité de courant que la batterie peut fournir pendant une heure, on obtient pratiquement une charge complète lorsque la tension de seuil est atteinte. L'augmentation rapide de la capacité étant la préoccupation essentielle de la majorité des utilisateurs, on peut supposer que les concepteurs de Quick Charge ont considéré qu'il s'agissait malgré tout d'un bon compromis.
L'autre bémol concernant la charge rapide est la croyance de longue date qu'elle stresse la batterie (principalement à cause de la génération de températures supérieures), et qu'elle réduit par conséquent sa durée de vie. Dans le cas de Quick Charge, c'est le fabricant du smartphone qui décide en dernier ressort du courant maximal auquel la batterie est exposée. Il ne fait par conséquent aucun doute que, forts de leur passif de retours sous garantie de batteries défectueuses, les fabricants feront tout leur possible pour que la vitesse de charge ne se fasse pas au détriment de la durée de vie de la batterie. Dans tous les cas de figure, compte tenu des améliorations continues de la technologie des batteries permettant d'obtenir des appareils plus robustes, et du fait que la durée de vie moyenne d'un smartphone est de deux ans, il faudrait que le régime de charge soit particulièrement agressif pour provoquer une défaillance au cours d'une période de garantie.
Par ailleurs, il ne fait aucun doute que l'approche systématique consistant à vider la batterie puis à la recharger lentement pendant la nuit, adoptée par les propriétaires de smartphones les plus consciencieux, n'est peut-être pas la panacée. À condition de débrancher le chargeur dès que la batterie est chargée, c'est une bonne façon de procéder. Mais qui se lève à trois heures du matin pour le faire ? En pratique, le chargeur est généralement laissé branché et procède régulièrement à une recharge lente de la batterie parallèlement aux fluctuations de tension qui se produisent au cours d'une longue nuit, ce qui, à long terme, ajoute accentue le stress cumulatif de la batterie.
Au final, les plus indisciplinés d'entre nous peuvent peut-être arrêter de culpabiliser et se féliciter d'avoir découvert sans le vouloir la meilleure façon de prolonger la durée de vie de la batterie de leur appareil mobile. Des recharges rapides et fréquentes de 30 minutes d'appareils partiellement déchargés pourraient s'avérer préférables, pour une batterie Li-ion, que le stress prolongé induit par une charge méthodique pendant la nuit. Voilà qui devrait plaire aux ingénieurs de Qualcomm.