La grande majorité des scientifiques s’accordent depuis deux décennies sur le fait que les actions anthropiques sont responsables d’une grande perte de biodiversité à l’échelle terrestre via l’élimination de gènes, d’espèces et de traits biologiques à un rythme alarmant. Ce fait les a conduits à se questionner sur les impacts de la perte de la biodiversité sur le fonctionnement des écosystèmes. Bien qu’aujourd’hui les connaissances sur le lien entre biodiversité et fonctionnement des écosystèmes (BEF) commencent à être bien documentées, nous en savons encore très peu sur les mécanismes sous-jacents à la relation entre BEF, et en particulier concernant les mécanismes appuyant les processus souterrains des écosystèmes forestiers. L’objectif de ce projet de doctorat était de développer les connaissances sur le lien entre la biodiversité des parties aériennes et le fonctionnement souterrain des écosystèmes artificiels (plantations d’arbres). Nous avons pour cela examiné l’implication de différents acteurs et paramètres du compartiment souterrain susceptibles d’intervenir dans le cycle du C - et de l’N - en lien avec la biodiversité (notamment via le recours à l’approche des traits fonctionnels). D’une part nous avons étudié la productivité des racines fines, leur chimie ainsi que le fonctionnement et la composition des communautés microbiennes du sol en lien avec des mesures de diversité (la richesse spécifique et la diversité fonctionnelle) dans une jeune plantation (4 ans). D’autre part, nous avons étudié la décomposition des racines fines en lien avec les communautés d’arbres et de végétation du sous-bois subséquentes à l’application de traitements dans une plantation plus âgée (27 ans). Dans tous les cas, nous avons étudié le lien entre ces différents paramètres et processus et les C et N du sol (totaux et dans les fractions). Les feuillus et les conifères diffèrent quant à la productivité des racines fines ainsi que par rapport à la métabolisation des sources de C. Les conifères étaient plus productifs que les feuillus (racines fines), et les feuillus métabolisaient un plus grand nombre de sources de C que les conifères. Par ailleurs, la richesse spécifique a influencé le fonctionnement des microbes mais pas leur composition ni la productivité des racines fines, tandis que l’identité des arbres (et de leurs traits fonctionnels) ont influencé tous ces paramètres et processus. La valeur moyenne des traits a plus influencé la productivité des racines fines, la respiration basale et la biomasse microbienne que la variance de ces traits. La diversité fonctionnelle (considérée en tant que gradient) n’a quant à elle pas eu d’effet sur aucun des paramètres et processus étudiés. Finalement, notre étude a révélé que la végétation du sous-bois (couvert de type fonctionnel et certaines espèces) plus que les arbres, les propriétés du sol ou la chimie des racines fines influençait la décomposition de ces dernières. De manière générale, cette thèse a permis de découvrir et de mettre en évidence des aspects jusqu’alors inconnus du lien entre BEF, notamment en ce qui concerne le lien entre la diversité des parties aériennes et le fonctionnement des parties souterraines. Nos résultats ont permis d’identifier avec précision les espèces d’arbres, de végétation du sous-bois ou encore les traits fonctionnels et les processus sur lesquels ils interviennent. Ceci pourrait permettre d’affiner les modèles de prédiction des cycles du C et de l’N ou encore de prodiguer des conseils avisés aux gestionnaires forestiers. / In the last two decades, the vast majority of scientists have agreed that anthropogenic actions are responsible for an important and rapid loss of biodiversity at a global scale, through the elimination of genes, species and biological traits. This fact led to remarkable progress towards understanding how the loss of biodiversity affects the functioning of ecosystems. Although the link between biodiversity and ecosystem functioning (BEF) is now well documented, the mechanisms underlying this relationship are still poorly understood, especially with regards to belowground processes in treed ecosystems. The objective of this Ph.D. project was to improve our understanding of the link between aboveground biodiversity and belowground functioning in two artificial ecosystems (tree plantations). For this purpose, we examined the implication of different actors and parameters of the belowground compartment that are likely to influence the C - and N - cycles, in relation to aboveground biodiversity (through the functional trait-based approach). On the one hand we studied the productivity of fine roots, their chemistry, the functioning and composition of soil microbial communities in relation to diversity measures (specific richness and functional diversity) in a young plantation (4 years). On the other hand, we studied the decomposition of fine roots in relation to over- and understory vegetation following the application of silvicultural treatments in an older plantation (27 years). In all cases, we studied the relationship between these parameters and processes, as well as soil C and N (total and in fractions). Deciduous and conifer species differed in fine root productivity and in microbial community catabolic activity. Conifers were more productive than deciduous (fine roots), and soil microbial communities associated with deciduous trees used a greater number of carbon sources than those associated with conifers. Moreover, although tree specific richness influenced the functioning of microbes, it had no effect on their composition or the productivity of the fine roots, while tree identities (and their functional traits) influenced all these parameters and processes. The mean value of traits had a greater influence on fine root productivity, basal respiration and microbial biomass than the variance of these traits. The functional diversity (considered as a gradient) had no effect on any of the parameters and processes studied. Finally, our study revealed that the understory vegetation (cover of functional type and some species), more than overstory vegetation, soil properties or fine root chemistry influences the fine root decomposition. In general, this thesis has uncovered and highlighted unknown aspects of the relationship between BEF, in particular with regard to the link between aboveground diversity and belowground functioning. Our results precisely identified tree species, understory vegetation and functional traits and the processes on which they intervene. This could help to refine predictive models of C and N cycles or provide advice to forest managers.