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Le bois de Thouan est situé au sud-ouest de Neuville-sur-Seine ; il renferme divers types forestiers typiques du Barséquanais : chênaie-charmaie-hêtraie calcicole de plateau, chênaie pubescente et chênaie xérophile des versants sud et ouest. Le bois de Thouan possède une grande qualité floristique, aussi bien au niveau des sous-bois que des chemins ensoleillés et des lisières. Le groupement forestier le plus remarquable est la chênaie pubescente, très lumineuse, riche en espèces méridionales, sur le versant exposé au sud et à l'ouest. Une hêtraie à tilleul se rencontre dans la combe exposée au nord, ailleurs la chênaie-charmaie-hêtraie calcicole domine.
La ZNIEFF comporte de nombreuses espèces végétales rares ou protégées, ce qui en fait une des stations botaniques forestières les plus riches du département : parmi elles se trouvent aussi bien des espèces méridionales de versant sud (chêne pubescent, garance voyageuse, située ici à sa limite est de répartition), asperge à feuilles ténues (qui, en dehors du midi, ne s'observe que dans une dizaine de localités dans l'Aube et la Côte d'Or), que des espèces de l'Europe centrale (grosse population de narcisse des poètes, céphalanthère rouge), ou des espèces submontagnardes, notamment dans les lisières et sur les chemins bien ensoleillés (gentiane jaune, en forte régression et carline acaule qui ne se rencontre pour le département de l'Aube que dans certaines localités du Barséquanais). Quatre espèces sont protégées au niveau régional et quatre sont inscrites sur la liste rouge des végétaux menacés en Champagne-Ardenne, ce qui est exceptionnel pour un milieu forestier.
L'avifaune, bien que ne comportant pas de raretés, est diversifiée, avec notamment le geai des chênes, le pinson des arbres, le roitelet huppé, le troglodyte, le pic épeiche, la tourterelle des bois, le pigeon ramier, le rougegorge, divers pouillots, mésanges et grives. Pour les mammifères, le chevreuil et le cerf y ont été observés.
Les lisières et milieux ouverts sont fréquentés par la mante religieuse et la petite cigale des montagnes.
Ce site est malheureusement très menacé, la moitié du bois ayant déjà été défrichée et mise en culture dans les années 1970.
Les limites de la ZNIEFF suivent les limites naturelles du bois.
