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Les bois de la Fortelle, de Charme-Ronde, de Rebras et de la Combe au Loup forment une ZNIEFF de type I de plus de 500 hectares. Ils sont typiques des forêts du Barséquanais calcaire : chênaie pubescente ou thermoxérophile d'adret, chênaie-hêtraie d'ubac, chênaie-charmaie calcicole de plateau et chênaie-frênaie de fond de combe (avec prairie contiguë au Val Frée). Si une partie des bois a été perturbée par un enrésinement et a été de ce fait exclue du périmètre de la ZNIEFF (Val Frémelaire), les secteurs non modifiés possèdent encore une grande qualité floristique, aussi bien au niveau de la forêt que des sous-bois et des chemins ensoleillés : les groupements les plus remarquables sont la chênaie pubescente, très lumineuse et riche en espèces méridionales, la chênaie-frênaie de fond de vallon, dont il s'agit d'un des meilleurs exemples du département de l'Aube, les groupements herbacés des pelouses et lisières forestières.
La diversité des biotopes et l'abondance des espèces végétales rares ou protégées en font une des stations botaniques les plus riches du département. Parmi celles-ci se rencontrent aussi bien des espèces de versant sud telles que la garance voyageuse (située à sa limite est de répartition), l'asperges à feuilles ténues (aire très isolée de son aire de répartition qui se situe dans le sud de la France), le chêne pubescent ou le sorbier domestique, que des espèces de fond de vallon (comme par exemple la nivéole et le narcisse des poètes) ou des chemins ensoleillés et lisières avec le crépis en rosette (limite ouest de répartition), le crépis élégant, le chrysanthème en corymbe (protégé dans l'Aube), l'aster amelle (protégé en France), la grande gentiane et le céphalanthère rouge (protégés au niveau régional). En tout huit espèces sont protégées au niveau national, régional ou départemental et sept inscrites sur la liste rouge des végétaux menacés de Champagne-Ardenne.
La mante religieuse, la petite cigale des montagnes et la vipère aspic fréquentent les secteurs les plus ensoleillés.
Cette ZNIEFF forestière est très intéressante pour l'avifaune, grâce notamment à la présence d'une très belle chênaie dans la partie sud-est (exploitée en taillis sous futaie) et à l'abondance d'arbres et arbrisseaux morts laissés sur pied, essentiellement le long du cours d'eau dans la partie ouest. Sur les 40 espèces différentes répertoriées, deux sont inscrites sur la liste rouge des oiseaux nicheurs menacés de Champagne-Ardenne : il s'agit du pic cendré et du torcol fourmilier (dans la lisière). Six espèces de pics exploitent le site, preuve de son intérêt : (pic mar en bonne densité, pic noir, pic vert, pic épeiche, pic épeichette et pic cendré cité précédemment). La forêt est aussi fréquentée par la sittelle torchepot, le grosbec casse-noyaux, le pigeon ramier, la grive draine, la grive musicienne, le roitelet huppé, le pouillot siffleur, le pouillot véloce, la fauvette à tête noire et de nombreuses mésanges. La mixité feuillus-résineux explique la présence d'espèces comme la mésange huppé, la mésange noire et le serin cini.
La salamandre tachetée (pour les amphibiens) et la musaraigne aquatique (pour les mammifères), protégées en France et inscrites sur les listes rouges régionales, ont aussi été observées ans la ZNIEFF.
Le site présente aussi un remarquable intérêt paysager, une partie est d'ailleurs en réserve biologique O. N. F. (Forêt Domaniale d'Essoyes et forêt communale de Mussy-sur-Seine). Malgré certains enrésinements, notamment sur les bords et le fond du vallon qui prolonge le Val Frée (au sud du Bois de la Fortelle et localement à l'est de celui de la Charme ronde), la ZNIEFF est en bon état.
La ZNIEFF englobe la zone floristiquement la plus riche et la plus représentative de la forêt et suivent ses limites naturelles.
