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The aims of the present thesis was to improve our knowledge on (i) the relationships between humus morphology and mineral nitrogen (N) production, (ii) N cycle and its regulation within the different soil layers and (iii) the environmental factors responsible for the development of humus forms and controlling soil N pathways along a chronosequence of 130 years of pure beech. The nitrogen cycle. Potential net ammonification increases with stand age in the organic horizons, whereas both potential and net in situ nitrification decrease in OL and A horizons. Potential net nitrification takes mainly place in the OF and OH horizons with ammonification always higher in the organic horizons. The fungal N transformations clearly dominate in the OL horizon while bacterial processes appear to be mainly localized in the A horizon. In general, it appears that the intensity of the first steps of the cycle (i.e. N input and ammonification) are favored during the maturation of pure stands of beech while the latter process of the cycle (i.e. nitrification and denitrification) decrease along the chronosequence. Leaching of nitrate did not differ along the chronosequence, while the uptake of mineral N by roots (especially ammonium), and the leaching of ammonium significantly increased. We also observed several significant correlations between morphological variables and net nitrification or nitrate content within the organic horizons. Therefore, several morphological variables, such as the thickness of OF, density of earthworm casts, the structure of the A horizon or the percentage of bleached leaves in OLv, were found to be good predictors of in situ mineral N production. Furthermore, the morphological variables specific to the horizon OLv were also depicted as robust indicators of ex situ mineral N production. This work demonstrates that the shift mull-moder occurring along the chronosequence means an increase of ammonium production but a decrease in nitrification. The driving factors. We did not find significant differences in litter production along the chronosequence, in opposite, the rate of litter decomposition decreased during the aggradation phase. Furthermore, litter decay rate was strongly correlated with the thickness of OF and OH layers. Thus, the decrease in litter decay rate appears to be responsible for the mull-moder shift observed during the chronosequence, while litter production would rather play a secondary role but may contribute to the second shift observed from hemimoder to dysmoder humus forms. The decrease in litter decomposition rate is partly explained by changes in both the structural and functional profiles of soil microbial communities. At the structural level, the fungal biomass in OL decreased from young to old stands. However, in OF and OH layers, the fungal to bacterial biomass ratio increased. Functional diversity of microbial community in organic horizons is higher in the oldest stands. Parallel to these changes, similar modifications were observed in litter quality. The results highlighted two major shifts. The first after 15 years corresponds to a decrease in Mg, hemicellulose, cellulose, lignin and N, and an increase in Mn content, lignin, C/N and lignin/N. The second after 95 years corresponds to a decrease in lignin, cations and N contents, lignin N, and an increase in cellulose N and hemicellulose N. An experimental approach allowed us to test the effects of beech litter (supply and quality), and roots (mycorhizal or not) on N cycling and soil microbial communities. Litter, regardless of initial quality, inhibits autotrophic nitrification and promotes fungal community. The roots promote ammonification potential while mycorhizal roots inhibit autotrophic nitrification. Therefore we hypothesized that litter quality may drive the soil microbial assemblages both at the functional and the structural level.; L'objectif de cette thèse est de contribuer à la compréhension (i) des relations morphologie/cycle de l'azote au sein de l'épisolum humifère, (ii) du cycle de l'azote au sein des différents horizons de l'épisolum humifère et (iii) des facteurs écologiques responsables du développement des formes d'humus et régulant le cycle de l'azote dans l'épisolum le long d'une chronoséquence de 130 ans en hêtraies pures. Le cycle de l'azote. L'ammonification potentielle nette augmente avec l'âge des peuplements au sein des horizons organiques alors que la nitrification potentielle et in situ nette diminue au sein des horizons OL et A. La nitrification potentielle nette est essentiellement localisée au sein des horizons OF et OH et l'ammonification est toujours plus élevée au sein des horizons organiques. Les transformations fongiques dominent nettement au sein de l'horizon OL alors que les processus bactériens sont principalement localisés dans l'horizon A. Les résultats montrent que les processus en amont du cycle (apport d'azote, ammonification) sont favorisés au cours de la maturation des peuplements alors que les processus en aval du cycle (nitrification, dénitrification) diminuent le long de la chronoséquence. Le lessivage des nitrates varie peu le long de la chronoséquence alors que le prélèvement de l'azote minéral (surtout l'ammonium) et le lessivage de l'ammonium augmentent significativement. Nous avons également observé des corrélations significatives entre les variables morphologiques et la nitrification nette ou la teneur en nitrate au sein des horizons organiques. Certaines variables morphologiques (i.e. l'épaisseur de l'OF, le nombre de turricules de vers de terre, la structure de l'horizon A ou le pourcentage de feuilles blanchies au sein de l'horizon OLv) présentent un potentiel indicateur de production in situ d'azote minéral. Les variables morphologiques spécifiques { l'horizon OLv pourraient constituer des indicateurs robustes de production potentielle d'azote minéral. Les facteurs de contrôle. Nous n'avons pas observé de variabilité significative des retombées de litière le long de la chronoséquence alors que la vitesse de décomposition de la litière diminue durant la phase de croissance des peuplements. De plus, la vitesse de décomposition de la litière est fortement corrélée à l'épaisseur des horizons OF et OH. La chute de la vitesse de décomposition de la litière serait donc responsable du changement mull-moder observé le long de la chronoséquence, alors que la production de litière jouerait un rôle secondaire mais contribuerait à un changement hemimoder-dysmoder. La chute de la vitesse de décomposition de la litière est en partie expliquée par des changements du profil structurel et fonctionnel des communautés microbiennes du sol le long de la chronoséquence. La biomasse fongique dans l'OL diminue le long de la chronoséquence. Le ratio biomasse fongique/biomasse bactérienne au sein des horizons OF et OH augmente le long de la chronoséquence. La diversité fonctionnelle des communautés bactériennes dans les horizons organiques est plus élevée dans les peuplements âgés. Ces changements fonctionnels au sein de l'épisolum humifère pourraient être sous le contrôle de la qualité de la litière de hêtre qui varie considérablement le long de la chronoséquence. Les résultats mettent en avant deux changements majeurs de la qualité de la litière. Le premier après 15 ans de vieillissement correspond à (1) une diminution des teneurs en Mg, en hémicellulose, en cellulose, en azote dans la lignine et (2) une augmentation des teneurs en Mn, en lignine, du C/N et du lignine/N. Le second après 95 ans de vieillissement correspond { (1) une baisse de la teneur en lignine, des cations et de l'azote dans la lignine et (2) une augmentation de la cellulose et de l'azote dans l'hémicellulose. Une approche expérimentale nous a permis de tester les effets de la litière de hêtre (apport et qualité) mais également des racines de hêtre (mycorhizées ou non) sur le cycle de l'azote et les communautés microbiennes du sol. La litière de hêtre, indépendamment de sa qualité initiale, inhibe la nitrification autotrophe et favorise la communauté fongique. Les racines, mycorhizées ou non, favorisent l'ammonification potentielle et les racines mycorhizées inhibent la nitrification autotrophe.

The aims of the present thesis was to improve our knowledge on (i) the relationships between humus morphology and mineral nitrogen (N) production, (ii) N cycle and its regulation within the different soil layers and (iii) the environmental factors responsible for the development of humus forms and controlling soil N pathways along a chronosequence of 130 years of pure beech. The nitrogen cycle. Potential net ammonification increases with stand age in the organic horizons, whereas both potential and net in situ nitrification decrease in OL and A horizons. Potential net nitrification takes mainly place in the OF and OH horizons with ammonification always higher in the organic horizons. The fungal N transformations clearly dominate in the OL horizon while bacterial processes appear to be mainly localized in the A horizon. In general, it appears that the intensity of the first steps of the cycle (i.e. N input and ammonification) are favored during the maturation of pure stands of beech while the latter process of the cycle (i.e. nitrification and denitrification) decrease along the chronosequence. Leaching of nitrate did not differ along the chronosequence, while the uptake of mineral N by roots (especially ammonium), and the leaching of ammonium significantly increased. We also observed several significant correlations between morphological variables and net nitrification or nitrate content within the organic horizons. Therefore, several morphological variables, such as the thickness of OF, density of earthworm casts, the structure of the A horizon or the percentage of bleached leaves in OLv, were found to be good predictors of in situ mineral N production. Furthermore, the morphological variables specific to the horizon OLv were also depicted as robust indicators of ex situ mineral N production. This work demonstrates that the shift mull-moder occurring along the chronosequence means an increase of ammonium production but a decrease in nitrification. The driving factors. We did not find significant differences in litter production along the chronosequence, in opposite, the rate of litter decomposition decreased during the aggradation phase. Furthermore, litter decay rate was strongly correlated with the thickness of OF and OH layers. Thus, the decrease in litter decay rate appears to be responsible for the mull-moder shift observed during the chronosequence, while litter production would rather play a secondary role but may contribute to the second shift observed from hemimoder to dysmoder humus forms. The decrease in litter decomposition rate is partly explained by changes in both the structural and functional profiles of soil microbial communities. At the structural level, the fungal biomass in OL decreased from young to old stands. However, in OF and OH layers, the fungal to bacterial biomass ratio increased. Functional diversity of microbial community in organic horizons is higher in the oldest stands. Parallel to these changes, similar modifications were observed in litter quality. The results highlighted two major shifts. The first after 15 years corresponds to a decrease in Mg, hemicellulose, cellulose, lignin and N, and an increase in Mn content, lignin, C/N and lignin/N. The second after 95 years corresponds to a decrease in lignin, cations and N contents, lignin N, and an increase in cellulose N and hemicellulose N. An experimental approach allowed us to test the effects of beech litter (supply and quality), and roots (mycorhizal or not) on N cycling and soil microbial communities. Litter, regardless of initial quality, inhibits autotrophic nitrification and promotes fungal community. The roots promote ammonification potential while mycorhizal roots inhibit autotrophic nitrification. Therefore we hypothesized that litter quality may drive the soil microbial assemblages both at the functional and the structural level., L'objectif de cette thèse est de contribuer à la compréhension (i) des relations morphologie/cycle de l'azote au sein de l'épisolum humifère, (ii) du cycle de l'azote au sein des différents horizons de l'épisolum humifère et (iii) des facteurs écologiques responsables du développement des formes d'humus et régulant le cycle de l'azote dans l'épisolum le long d'une chronoséquence de 130 ans en hêtraies pures. Le cycle de l'azote. L'ammonification potentielle nette augmente avec l'âge des peuplements au sein des horizons organiques alors que la nitrification potentielle et in situ nette diminue au sein des horizons OL et A. La nitrification potentielle nette est essentiellement localisée au sein des horizons OF et OH et l'ammonification est toujours plus élevée au sein des horizons organiques. Les transformations fongiques dominent nettement au sein de l'horizon OL alors que les processus bactériens sont principalement localisés dans l'horizon A. Les résultats montrent que les processus en amont du cycle (apport d'azote, ammonification) sont favorisés au cours de la maturation des peuplements alors que les processus en aval du cycle (nitrification, dénitrification) diminuent le long de la chronoséquence. Le lessivage des nitrates varie peu le long de la chronoséquence alors que le prélèvement de l'azote minéral (surtout l'ammonium) et le lessivage de l'ammonium augmentent significativement. Nous avons également observé des corrélations significatives entre les variables morphologiques et la nitrification nette ou la teneur en nitrate au sein des horizons organiques. Certaines variables morphologiques (i.e. l'épaisseur de l'OF, le nombre de turricules de vers de terre, la structure de l'horizon A ou le pourcentage de feuilles blanchies au sein de l'horizon OLv) présentent un potentiel indicateur de production in situ d'azote minéral. Les variables morphologiques spécifiques { l'horizon OLv pourraient constituer des indicateurs robustes de production potentielle d'azote minéral. Les facteurs de contrôle. Nous n'avons pas observé de variabilité significative des retombées de litière le long de la chronoséquence alors que la vitesse de décomposition de la litière diminue durant la phase de croissance des peuplements. De plus, la vitesse de décomposition de la litière est fortement corrélée à l'épaisseur des horizons OF et OH. La chute de la vitesse de décomposition de la litière serait donc responsable du changement mull-moder observé le long de la chronoséquence, alors que la production de litière jouerait un rôle secondaire mais contribuerait à un changement hemimoder-dysmoder. La chute de la vitesse de décomposition de la litière est en partie expliquée par des changements du profil structurel et fonctionnel des communautés microbiennes du sol le long de la chronoséquence. La biomasse fongique dans l'OL diminue le long de la chronoséquence. Le ratio biomasse fongique/biomasse bactérienne au sein des horizons OF et OH augmente le long de la chronoséquence. La diversité fonctionnelle des communautés bactériennes dans les horizons organiques est plus élevée dans les peuplements âgés. Ces changements fonctionnels au sein de l'épisolum humifère pourraient être sous le contrôle de la qualité de la litière de hêtre qui varie considérablement le long de la chronoséquence. Les résultats mettent en avant deux changements majeurs de la qualité de la litière. Le premier après 15 ans de vieillissement correspond à (1) une diminution des teneurs en Mg, en hémicellulose, en cellulose, en azote dans la lignine et (2) une augmentation des teneurs en Mn, en lignine, du C/N et du lignine/N. Le second après 95 ans de vieillissement correspond { (1) une baisse de la teneur en lignine, des cations et de l'azote dans la lignine et (2) une augmentation de la cellulose et de l'azote dans l'hémicellulose. Une approche expérimentale nous a permis de tester les effets de la litière de hêtre (apport et qualité) mais également des racines de hêtre (mycorhizées ou non) sur le cycle de l'azote et les communautés microbiennes du sol. La litière de hêtre, indépendamment de sa qualité initiale, inhibe la nitrification autotrophe et favorise la communauté fongique. Les racines, mycorhizées ou non, favorisent l'ammonification potentielle et les racines mycorhizées inhibent la nitrification autotrophe.