Les Hydrocarbures Aromatiques polycycliques (HAP) sont des polluants organiques persistants, dont la faible disponibilité dans les sols historiquement contaminés, limite leur biodégradation. La capacité des plantes à favoriser l'élimination de ces polluants par l'action des microorganismes associés à leur rhizosphère a été montrée, et constitue une des voies possibles pour leur remédiation (rhizodégradation). Toutefois les études de rhizodégradation sur les HAP montrent des résultats variables. L'objectif de ces travaux de thèse est de préciser la variabilité spatio-temporelle de la teneur en HAP et de la diversité microbienne dans les sols, en lien avec la dynamique de la rhizosphère. Pour cela des études à différentes échelles de temps et d'espace, utilisant des microcosmes et des dispositifs in situ ont été menées. Dans une première étude, la variabilité spatiale des HAP et de la diversité bactérienne ont été étudiées au sein de deux rhizosphères contrastées (ray-grass et luzerne), à l'échelle centimétrique. Pour cela des microcosmes de type rhizotron ont été développés, où chaque plante a été cultivée pendant 37 jours sur un sol de friche industrielle historiquement contaminé (NM, Neuves-Maisons, 54) et fraichement recontaminé par un extrait organique complexe du même sol. L'analyse multiparamétrique, menée grâce à un échantillonnage réalisé selon une carte standardisée, a permis de modéliser la structure spatiale à l'échelle du système racinaire entier de la teneur en HAP et de l'abondance microbienne en utilisant des outils géostatistiques. Un gradient physico-chimique (teneur en sucre et pH) vertical avec la profondeur au sein de la rhizosphère des deux plantes a été observé. La quasi-totalité des HAP biodisponibles a été dégradé en 37 jours mais aucun gradient n'a été mis en évidence. En revanche une spatialisation de la diversité bactérienne et de l'abondance microbienne, variable selon l'espèce végétale, a été observée. Une deuxième étude en microcosmes et visant à préciser la variabilité temporelle de ces processus, a révélé la dissipation très rapide des polluants biodisponibles après seulement une semaine de croissance de la luzerne. Un effet positif de cette plante par rapport au sol nu a été montré sur la dissipation des HAP et sur l'expression des gènes de HAP-dioxygénase. L'impact à long terme d'un couvert végétal sur la teneur en HAP et les communautés microbiennes de ce sol historiquement contaminé, a aussi été étudié in situ, sur une période de 6 ans. L'analyse d'échantillons de sol prélevés à 3 temps différents sur un dispositif de parcelles, en atténuation naturelle assistée ou non par des plantes (luzerne), a montré que le couvert végétal ainsi que certains paramètres édaphiques impactent fortement la diversité des communautés microbiennes. De plus, la présence de luzerne favorisait l'émergence de certains phyla et genres, notamment connus pour être impliqués dans la biodégradation des HAP. L'ensemble de ces résultats montre l'importance de la biodisponibilité des HAP qui conditionne leur dissipation, du paramètre temporel sur le lien entre biodisponibilité des HAP et activité et diversité des communautés microbiennes dégradantes, et de la dynamique spatio-temporelle de la structuration des communautés microbiennes dans la rhizosphère.