L'agroforesterie est un mode d'occupation des sols qui associe des arbres et des cultures et/ou des animaux au sein d'une même parcelle. Ce système agricole pourrait jouer un rôle dans l'atténuation mais aussi dans l'adaptation au changement climatique. Le but de cette thèse est d'évaluer le potentiel de stockage de carbone organique dans les sols sous agroforesterie. Cette étude a été réalisée sur le plus ancien site expérimental en France , suivi par l'INRA depuis 1995, mais aussi chez des agriculteurs. La quantification des stocks de carbone a été réalisée par comparaison entre des parcelles agroforestières et agricoles dont la culture annuelle est gérée de façon identique , jusqu'à 2 m de profondeur. Toutes les entrées de matières organiques au sol ont été quantifiées (racines d'arbres, feuilles, résidus et racines de la culture). La stabilité de carbone additionnel stocké a été caractérisée par du fractionnement de la matière organique, et par des incubations de sol. Un modèle de dynamique du carbone a été réalisé afin de formaliser cette dynamique en agroforesterie, notamment en profondeur. Cette étude démontre l'intérêt et le potentiel des systèmes agroforestiers dans l'augmentation des stocks de carbone du sol, avec des taux de stockage allant de 0. 09 à 0. 46 t C ha-1 an-1. Elle révèle également le rôle des lignes d'arbres dans ce stockage, et l'importance des entrées de carbone par mortalité racinaire. Elle pose cependant la question de la stabilité de ce stockage.