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Les coteaux boisés de la rive droite de la Marne entre Buxières-les-Froncles et Villiers-sur-Marne sont générés par des bancs de calcaire dur qui donnent des versants raides, riches en falaises et éboulis, entaillés par de petites combes très profondes.
La plupart des types forestiers calcicoles haut-marnais sont présents : hêtraie froide de pente nord (Dentario-Fagetum), hêtraie xérophile de pente sud (Carici albae-Fagetum), chênaie-charmaie calcicole de plateau (Scillo-Carpinetum à Carex montana), pinèdes de reconquète (rares), et surtout chênaie pubescente (Rubio-Quercetum pubescentis) localisée aux endroits les plus secs et chauds. Cette dernière est notamment localisée sur le territoire communal de Froncles (Val Meunier), c'est la plus vaste et la plus typique de la Haute-Marne.
Certaines pentes, peu boisées portent des végétations rases de pelouses calcaires (Violo rupestris-Seslerietum) entremêlées de broussailles (Berberidion à Amelanchier ovalis) et de quelques éboulis mobiles (association à Iberis durandii et Silene glareosa). De multiples espèces méridionales (certaines à leur limite d'aire de répartition) sont présentes, réfugiées dans les clairières et lisières des forêts thermophiles, dans la chênaie pubescente, les pelouses sèches ou les éboulis.
On y compte ainsi plus d'une quinzaine d'espèces végétales protégées au niveau national ou régional et/ou inscrite sur la liste rouge des végétaux menacés de Champagne-Ardenne. Trois espèces bénéficient d'une protection en France, il s'agit de la pivoine mâle (station unique dans la région, découverte en 1992 et qui constitue la limite absolue de répartition de cette espèce vers le nord) qui fait partie de la liste des espèces prioritaires du livre rouge de la flore menacée en France (catégorie vulnérable), du sabot de Vénus (rare) et de l'aster amelle (espèce continentale des lisières thermoxérophiles essentiellement représentée dans le nord-est et le sud-est du pays).
Six espèces sont protégées à l'échelon régional : le céphalanthère à feuilles longues (dans la hêtraie thermophile), l'ibéris de Durande (micro-endémique de Bourgogne et de Champagne) et le silène glaréeux (rare en France et surtout localisé dans l'est du pays) sur les éboulis, l'orobanche de la germandrée au niveau de la pelouse sèche, le géranium sanguin et la coronille couronnée (cette dernière se situant en Champagne à sa limite absolue de répartition vers l'ouest) dans les lisières et les clairières forestières. Mis à part le céphalanthère, elles sont toutes inscrites sur la liste rouge des végétaux de Champagne-Ardenne, de même que l'inule à feuilles de spirée (qui possède ici sa seule station de Champagne-Ardenne), l'euphorbe à feuilles de pin, l'amélanchier, l'orobanche du lierre (très rare, uniquement dans l'Aube et la Haute-Marne), le gaillet de Fleurot (endémique franco-britannique, inscrit sur la liste des espèces prioritaires du livre rouge de la flore menacée en France), le léontodon des éboulis, la laîche humble, etc. C'est de plus la seule station de Haute-Marne de jacinthe des bois (qui atteint ici sa limite d'aire absolue).
Les Lépidoptères et les Orthoptères sont particulièrement bien représentés avec plus de 60 espèces différentes inventoriées, dont une quinzaine inscrite sur les listes rouges régionales notamment des sauterelles (Barbitistes serricauda, Decticus verrucivorus et Ephippiger ephippiger), des criquets chanteurs (Chrysochraon brachyptera, Chorthippus vagans), des criquets géophytes (Tetrix nutans), des criquets colorés (Oedipoda caerulescens), le criquet italien, le grillon d'Italie et divers papillons (flambé, fadet de la mélique, thécla du coudrier, thécla du prunier, etc.).
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), inscrite sur la liste rouge régionale.
La grande variété des milieux et la proximité de la Marne (et de ses prairies) qui s'écoule au pied de la ZNIEFF ont un effet très attractif pour la faune avienne : de nombreux rapaces (milans royal, milan noir, bondrée apivore, buse et épervier d'Europe), grives (grive litorne, draine et musicienne), pouillots (siffleur, véloce, et fitis), mésanges (bleue, boréale, nonnette, huppée, charbonnière, etc.) et la pie-grièche écorcheur (inscrite sur la liste rouge des oiseaux de Champagne-Ardenne) trouvent là un site favorable à leur nidification ou à leur alimentation.
La zone, avec une autre ZNIEFF a été proposée dans le cadre de la directive Habitats. Elle est en bon état (protection et gestion partielle en accord avec l'ONF et les communes concernées) malgré l'embroussaillement des pelouses et des éboulis qui est maintenant contenue.
Les mimites de la ZNIEFF correspondent aux limites naturelles de la zone la plus riche.
