Le carbone est constitué de trois isotopes, principalement de 12C, d’environ 1 % de 13C et d’une infime proportion de 14C radioactif. L’effet des équilibres thermodynamiques et de la cinétique des réactions chimiques conduit à des fractionnements isotopiques d’intensité variable. Le δ13C, déviation du rapport 13C/12C par rapport à un étalon, permet de caractériser les différents réservoirs du cycle du carbone, notamment l’atmosphère, les biosphères terrestre et marine, les carbonates et la matière organique sédimentaire.
Les combustibles fossiles sont issus à l’origine de la sédimentation et de la transformation au cours du temps de matières organiques photosynthétiques. Le δ13C d’un pétrole, d’un charbon, ou de gaz naturel, dépend de sa provenance ce qui rend possible l’établissement d’un inventaire spatial et temporel du δ13C des émissions de CO2 au cours des dernières décennies.
Depuis la fin des années soixante-dix, les mesures de pCO2 atmosphérique sont accompagnées de mesures du δ13C qui indiquent une saisonnalité marquée, ainsi qu’une lente diminution avoisinant 1 ‰ sur 40 ans. Il est possible de confirmer cette tendance et de remonter au-delà de l’ère industrielle en mesurant le δ13C des arbres présentant des cernes de croissance annuelle du bois. Depuis la fin du XVIIIe siècle le δ13C atmosphérique a chuté d’environ 2 ‰, en parallèle à l’augmentation de la pCO2.
L’interprétation quantitative du δ13C atmosphérique doit tenir compte des émissions par combustion de fuels fossiles, mais aussi d’autres termes comme la déforestation avec sa signature isotopique de carbone photosynthétique. Par ailleurs, les évolutions temporelles de la pCO2 et du δ13C sont aussi affectées par la diffusion et la séquestration partielle du CO2 atmosphérique par l’océan et la biosphère terrestre.
