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Le massif forestier de Doulaincourt, Vouécourt, Froncles et Donjeux, situé au coeur du Haut-Pays, constitue un élément majeur du patrimoine naturel haut-marnais. La ZNIEFF de type II, d'une superficie de plus de 4 800 hectares, concerne les forêts situées entre la Marne à l'ouest et la vallée du Rognon à l'est, sur les finages principaux de Doulaincourt-Saucourt, de Vouécourt, Donjeux et Villiers-sur-Marne et de Froncles.
Les différents groupements forestiers qui la constituent sont très caractéristiques et variés en fonction des versants, de leur exposition et du microclimat qui en découle. Six grands types forestiers s'y distinguent : la chênaie pubescente, avec le chêne sessile, le chêne pubescent et leur hybride, localisée dans le Val Meunier à Froncles (la plus vaste et la plus typique du département), la hêtraie montagnarde sèche à Carex alba des versants exposés sud et des pateaux, la hêtraie froide à Cardamine heptaphylla sur les versants exposés nord avec de très beaux peuplements de hêtre, la tiliaie-érablaie sur les pentes d'orientation plus mésophile, la chênaie-hêtraie à Carex montana des fonds de combe et la chênaie-charmaie-hêtraie calcicole très largement développée sur les plateaux du massif. Des bois résineux et des pinèdes (de reconquête ou en plantations) s'y remarquent également.
En dehors des groupements forestiers, il faut signaler la présence, sur les talus et dans les lisières des différents types de hêtraies et des forêts de fond de combe, de groupements herbacés, très réduits en superficie mais de grand intérêt écologique. De petites pelouses à seslérie, riches en orchidées diverses (orchis militaire, orchis pourpre, orchis moustique, listère ovale, épipactis brun-rouge, ophrys mouche) s'observent çà et là, ainsi que des petits éboulis.
Le massif abrite de nombreuses espèces végétales (plus d'une vingtaine) rares ou protégées, et tout particulièrement le sabot de Vénus, orchidée d'origine boréale et montagnarde, très rare en plaine (où il se réfugie dans les secteurs les plus froids), protégé sur tout le territoire national, inscrit à l'annexe II de la directive Habitats et proche ici de sa limite d'aire de répartition. La population de Doulaincourt apparaît comme l'une des plus importantes de l'est de la France. Deux autres espèces bénéficie d'une protection nationale, l'aster amelle (espèce continentale des lisières thermoxérophiles, essentiellement représentée dans le nord-est et le sud-est du pays) et la pivoine coralline, très rare et inscrite sur la liste des espèces prioritaires du livre rouge de la flore menacée en France. Douze autres sont protégées au niveau régional : deux orchidées des hêtraies sèches, les céphalanthères rouge et à longues feuilles, la laîche pied d'oiseau et l'orobanche de la germandrée dans les pelouses, la coronille couronnée (cette dernière se situant en Champagne à sa limite absolue de répartition vers l'ouest), l'inule à feuilles de spirée (qui possède ici sa seule station de Champagne-Ardenne), l'ibéris de Durande (rare microendémique de Bourgogne et de Champagne), le crépis en rosette (espèce centreuropéenne située ici à sa limite de répartition occidentale), le silène glaréeux (sous espèce préalpine du silène enflé, rare en France et localisée dans l'est du pays), le géranium sanguin, la lunaire vivace (les stations de Champagne-Ardenne sont, avec celles de Bourgogne, les seules de la plaine française pour cette espèce), la doradille verte (les stations haut-marnaises sont parmi les seules de toute la plaine française). La plupart sont inscrites sur la liste rouge des végétaux de Champagne-Ardenne, de même que l'orobanche du lierre (très rare dans la région, uniquement dans l'Aube et la Haute-Marne), le gaillet de Fleurot (subendémique franco-britannique, inscrite sur la liste des espèces prioritaires du livre rouge de la flore menacée en France), le léontodon des éboulis, la laîche humble, l'euphorbe à feuilles de pins, l'inule à feuilles de spirée (qui possède ici sa seule station de Champagne-Ardenne), l'amélanchier et le limodore à feuilles avortées.
Les Lépidoptères et les Orthoptères sont particulièrement ben représentés avec près de 70 espèces inventoriées, dont une quinzaine inscrite sur les listes rouges régionales, notamment des sauterelles (Barbitistes serricauda, Decticus verrucivorus, et Epphippiger ephippiger), des criquets chanteurs (criquet à petites ailes, criquet vagabond), des criquets géophytes (Tetrix nutans), des criquets colorés (oedipode bleu), et divers papillons (flambé, fadet de la mélique, thécla du coudrier, thécla du prunier, etc.).
Le lucane cerf-volant, un des coléoptères les plus remarquables du département, possède dans la forêt de Doulaincourt un de ses sites les plus importants pour la Haute-Marne.
On y rencontre également certains reptiles dont la vipère aspic et la couleuvre verte et jaune, espèce la plus méridionale de Champagne où se situe sa limite de répartition vers le nord. Cette dernière est inscrite à l'annexe II de la convention de Berne et sur la liste rouge régionale des reptiles (catégorie vulnérable).
La grande étendue du massif, la juxtaposition de milieux très variés et la proximité de la Marne et du Rognon ont un effet très attractif sur la faune avienne : de nombreux rapaces (milan noir et milan royal, buse, épervier d'Europe et autour des palombes, bondrée apivore, busard Saint-Martin), grives (litorne, draine et musicienne), tourterelles et pigeons (pigeon ramier et surtout pigeon colombin devenu rare aujourd'hui, inscrit sur la liste rouge régionale), pouillots, pics (pic noir et pic épeiche), mésanges (bleue, nonnette, hupée, charbonnière, etc.), pie-grièche écorcheur (inscrite sur la liste rouge régionale) trouvent là un site favorable à leur nidification ou à leur alimentation.
C'est aussi un site important pour les mammifères : chat sauvage, blaireau, martre, chevreuil, sanglier, etc.
Les zones à sabot de Vénus de la Combe Saint-Brice, de la Combe des Founeaux, au dessus du Clos Chanot sont protégées depuis le 30/03/90 par un Arrêté de Protection de Biotope. Le massif a été proposé en partie dans le cadre de la directive Habitats (Forêt de Doulaincourt, Bois de Vlliers-sur-Marne, Buxières-les-Froncles, Froncles et Vouécourt). Le site est dans un bon état général, on peut néanmoins déplorer certains enrésinements (dans les bois privés qui ne sont pas sous gestion ONF), la cueillette (bien que plus rare aujourd'hui) des sabots de Vénus et la fermeture des clairières et petits éboulis (gestion en cours sur certains sites).
La ZNIEF concerne les forêts situées entre la Marne à l'ouest et la vallée du Rognon à l'est, entre Vraincourt au sud et Soncourt-sur-Rognon au nord.
