A l’échelle de l’agro-écosystème, la productivité primaire est sous la dépendance du recyclage des matières organiques du sol (MOS) par l’action des organismes indigènes décomposeurs, qui minéralisent les composés organiques libérant ainsi les nutriments nécessaires à la croissance végétale. A une échelle plus globale, le recyclage des MOS détermine les flux de carbone entre le sol et l’atmosphère, avec des conséquences majeures sur la qualité de l’environnement et les changements globaux. Malgré le rôle central des microorganismes indigènes dans ces processus, la composante microbienne est encore mal connue et souvent considérée comme une boîte noire en termes de diversité et de fonctionnalité. Par conséquent, pour mieux comprendre et prédire l’évolution des MOS et donc les flux de carbone (C) dans les agroécosystèmes, il est nécessaire de mieux connaitre les populations et les mécanismes microbiens impliqués dans leur dégradation et transformation. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse était de progresser dans la connaissance de la réponse des communautés microbiennes telluriques à l’apport de résidus de culture. Cette réponse des communautés microbiennes a été abordée en termes de (i) succession des populations impliquées dans les processus de dégradation de ces MOF (matières organiques fraîches), (ii) lien avec leur fonction de dégradation et répercussion sur la dynamique des matières organiques, et (iii) rôle dans les processus de stockage/déstockage du carbone via les processus de « priming effect ». Différents paramètres pouvant moduler la dégradation des résidus et la dynamique des communautés ont été pris en compte : modalité d’apport des résidus (pratiques culturales), qualité biochimique des résidus (différentes espèces végétales), et température. La stratégie globale de recherche développée repose sur des expérimentations de terrain et au laboratoire impliquant différentes échelles spatiales (du microcosme de sol à la parcelle agronomique) et temporelles (du temps de génération microbien aux cycles culturaux). La réponse des communautés microbiennes à l’apport de résidus a été évaluée par l’utilisation de méthodes moléculaires permettant de caractériser sans a priori la diversité des microorganismes du sol (empreintes moléculaires, clonage/séquençage, séquençage haut débit). En parallèle, un suivi quantitatif et qualitatif de la matière organique du sol, par des méthodes de biochimie ou de spectroscopie, a été réalisé afin d’établir le lien entre la dynamique des communautés microbiennes et le devenir de la matière organique dans le sol. Les deux premiers chapitres du manuscrit portent sur des expérimentations réalisées au terrain (conditions naturelles) afin d’évaluer l’influence de la localisation des résidus (résidus de blé incorporés vs. laissés en surface ; site expérimentale INRA Mons) d’une part et d’autre part de la qualité biochimique des résidus (résidus de blé, colza et luzerne incorporés, site expérimentale INRA Epoisses) sur la dynamique des communautés microbiennes du sol. Les résultats obtenus mettent en évidence une forte influence de la localisation comme de la qualité biochimique des résidus sur les successions de populations microbiennes induites suite à l’apport. Des populations/groupes microbiens stimulés spécifiquement dans chaque modalité ont été identifiés. Les résultats de diversité ont été mis en regard des dynamiques de décomposition des résidus, afin de faire le lien entre les successions de populations et l’évolution des ressources trophiques. La troisième partie du travail correspond à une expérimentation en conditions contrôlées (microcosmes de sol) nous permettant de coupler des outils moléculaires et isotopiques (ADN-SIP) pour cibler spécifiquement les populations microbiennes activement impliquées dans la dégradation des résidus de culture et les mettre en relation avec les flux de carbone gazeux précisément qualifiés, et plus particulièrement avec la mesure du « priming effect » (fonction de stockage/déstockage des MOS). Le facteur de variation pris en compte a été à nouveau la qualité biochimique des résidus apportés (blé, luzerne). Les taux de minéralisation des résidus observés (luzerne > blé) ont été reliés à des dynamiques de populations spécifiques du résidu apporté. D’autre part, le déstockage du carbone du sol engendré par l’apport de résidus était aussi modulé par la qualité de l’apport et relié à des dynamiques de populations spécifiques du résidu apporté. La diversité de ces populations bactériennes a été caractérisée par pyroséquençage afin de mieux identifier les populations impliquées et leurs attributs écologiques. L’ensemble des travaux a permis d’identifier les successions populationnelles des microorganismes qui sont impliquées dans la dégradation des résidus de culture apportés dans les sols. La diversité de ces populations mais aussi la dynamique de leurs successions ont été démontrées comme étant fortement influencées par les pratiques agricoles mais aussi par la qualité biochimique des résidus. En parallèle, les mesures de flux de CO2 couplées à des techniques d’isotopie ont permis de relier ces modifications de diversité microbienne avec le turn-over des MOS mais aussi avec les potentialités de stockage/déstockage de C dans le sol.