Liquéfaction de l'air
Claude imagine un procédé de liquéfaction de l'air qui améliore le rendement de celui imaginé par Linde et où le travail fourni par la détente adiabatique de l'air après sa compression est utilisé dans le compresseur. Le refroidissement qui l'accompagne (effet Joule-Thomson) est mis à profit dans un échangeur de chaleur qui refroidit l'air à la sortie du compresseur. Claude réalise ainsi la séparation par distillation fractionnée de l'oxygène, de l'azote, de l'argon.
Le froid nécessaire à la liquéfaction industrielle de l'air est obtenu par détente, en tirant parti des 2 propriétés suivantes de l'effet Joule-Thomson:
- l'abaissement de température provoqué par la détente est proportionnel à la différence entre les pressions initiale et finale, tandis que,
- l'énergie dépensée au moment de la compression est proportionnelle au logarithme du rapport des pressions, ce qui signifie que la dépense est la même pour comprimer une masse de gaz de 1 à 10 atmosphères ou de 10 à 100. Dans ce second cas, pour la même dépense d'énergie, l'abaissement de température après la détente est dix fois plus fort que dans le premier. En pratique, l'air est dépoussiéré, débarrassé de son gaz carbonique et de son humidité, comprimé vers 200 atmosphères, refroidi dans un échangeur, puis détendu jusqu'à 25 atmosphères. Une série de compressions et de détentes aboutit à la liquéfaction. Dans la plupart des usines, l'air liquide est immédiatement soumis à une distillation fractionnée qui sépare l'oxygène, l'azote et les gaz nobles. Les installations industrielles sont importantes et il n'est pas rare de voir traiter plusieurs centaines de milliers de mètres cubes d'air à l'heure.
Tube à néon
Poursuivant ses travaux sur les gaz rares, qu’il a obtenus par distillation de l’air liquide, Claude met à profit l’émission lumineuse qui accompagne le passage de la décharge électrique dans un tube à gaz : la mise au point d’enduits fluorescents le conduit ainsi, en 1910, à la réalisation de l’éclairage au néon, d’abord utilisé dans les enseignes lumineuses puis, dans la fabrication des lampes "Claude". Il découvre également, en 1913, avec Arsène d'Arsonval, les propriétés explosives de l’air liquide, qui seront utilisées pendant la Première Guerre mondiale, (mines à l’air liquide et au noir de fumée). Il met au point (1917) un procédé haute pression, (1 000 atmosphères & 550 °C), améliorant le procédé Haber-Bosch de synthèse de l'ammoniac.
Energie thermique des mers
Claude se préoccupe aussi des problèmes de la production d’énergie et, à partir de 1926, il étudie et expérimente une méthode de production de l’électricité fondée sur la différence de température entre la surface (source chaude) et le fond (source froide) des mers chaudes (énergie maréthermique ou énergie thermique des mers). Avec Boucherot, il construit une turbine utilisant ce gradient de température entre les couches superficielles et profondes (1930). En 1933, tirant les leçons de la démonstration faite a Cuba en 1930, et en vue de réaliser une première expérience industrielle, Claude achète sur ses propres deniers le navire « La Tunisie », un cargo de 10 000 tonnes.
- La Tunisie, ce cargo à vapeur fut transformé aux Ateliers et Chantiers de France-Dunkerque en 1933 pour devenir une usine de réfrigération capable de produire 2000 tonnes de glace par jour grâce à l'énergie thermique des mers. Cinq cents personnes ont travaillé sur ce projet durant un an.
