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Le Vallon de l'Ours est situé en partie dans la Forêt Domaniale de Château-Régnault, sur les territoires de Thilay et de Hautes-Rivières, entre la Neuville-aux-Haies et les Hauts-Buttés, dans le nord des Ardennes. D'une superficie d'environ 470 hectares, elle est incluse dans la vaste ZNIEFF II du massif forestier du plateau d'Hargnies. Son contour initial a été profondément modifié en 1999 ; en plus du Vallon de l'Ours déjà pris en compte en 1983, trois extensions ont été réalisées afin d'inclure :
- d'une part, à l'extrémité nord de la ZNIEFF, une magnifique station de lycopode en massue située le long d'un chemin forestier et dans la lande à callune qui s'étend de part et d'autre de celui-ci,
- d'autre part, vers le nord-est, un petit vallon parallèle au Vallon de L'Ours et qui présente les mêmes caractéristiques que celui-ci
- et enfin à l'est, le plateau comportant les prairies plus ou moins oligotrophes pacagées ou fauchées au sud de la Neuville-aux-Haies, les lisières forestières à centaurée des montagnes et un ruisselet à montie des fontaines (une des rares stations de cette plante dans les Ardennes).
Les conditions écologiques particulières du lieu (sol acide, sources, climat froid et humide, versants encaissés, escarpements abrupts) permettent le développement d'une végétation très caractéristique de ce type de milieu, avec, pour les boisements :
- chênaie sessiliflore acidiphile à myrtille, canche flexueuse, luzule blanche, luzule des bois, sceau de Salomon à feuilles verticillées occupant les versants est et ouest,
- chênaie-charmaie acidiphile limitée au bas de pente, plus riches en humus, dans les zones les moins étroites des vallons,
- bois tourbeux à piment royal, laîche lisse, laîche faux panic et laîche en ampoules,
- saulaie-boulaie à aulne sur sphaignes et au niveau des sources des vallons un taillis de saule à oreillettes et osmonde royale.
Une zone de tourbière sur sphaignes se localise en amont du vallon (les Grandes Vendanges), avec des espèces typiques telles que les rossolis, les linaigrettes, la canneberge, de nombreuses laîches (laîche vulgaire, laîche étoilée, etc.). Les affleurements rocheux forment par endroits des parois verticales et crevassées atteignant 10 mètres de hauteur : on peut observer, au niveau de ces falaises continentales, sur les rochers de poudingues, quartzites ou schistes du Vallon de l'Ours, une végétation sciaphile avec de nombreuses fougères (polypode vulgaire, blechnum en épi, polystic des montagnes, phégoptéris, etc.), lichens et bryophytes. On rencontre également, au nord de la ZNIEFF, une lande riche en callune et fougère aigle avec, de façon plus disséminée, le genêt à balais et la véronique officinale. Les prairies de la Neuville-aux-Haies renferment une flore variée et bien caractéristique, avec la houlque laineuse, l'avoine élevée, la fétuque rouge, le pâturin commun, le pâturin des prés, la succise des prés, le trèfle rampant, le trèfle des prés et dans les zones plus humides la renoncule flammette, le jonc raide, la menthe aquatique, le lotier pédoncule, le lychnis fleur-de-coucou, la laîche vert jaunâtre, la laîche pâle, la laîche à pilules, etc. Un groupement à montie des fontaines, stellaire aquatique, glycérie flottante se localise le long d'un ruisselet oligotrophe. Il existe également dans le périmètre de la ZNIEFF une mare aux eaux très acides (pH 4,3 !) et quelques plantations d'épicéas.
Cinq espèces végétales protégées, dont deux fougères, se rencontrent sur le territoire de la ZNIEFF : le lycopode en massue (en très forte régression en Champagne-Ardenne), le polystic des montagnes, l'osmonde royale (en régression ici suite aux piétinement), la linaigrette vaginée (très rare en plaine) et le rossolis à feuilles rondes (protection nationale). La plupart est inscrite sur la liste rouge des végétaux de Champagne-Ardenne, de même que trois autres espèces présentes sur le site : la centaurée des montagnes (lisières forestières), le piment royal (aulnaie marécageuse) et la montie des fontaines (ruisselet oligotrophe). Deux autres espèces sont présumées disparues : le rossolis intermédiaire (création d'une route forestière) et le lycopode inondé (débardage).
Les insectes sont bien représentés, avec cinq espèces rares inscrites sur la liste rouge des Odonates ou des Orthoptères de Champagne-Ardenne : trois libellules (grande aeschne, sympétrum noir, gomphe à pinces), une sauterelle (conocéphale des roseaux) et un criquet chanteur. On peut également y rencontrer certains amphibiens tels que la salamandre tachetée inscrite sur la liste rouge régionale (dans la catégorie "en déclin"). A proximité des falaises, deux chauves-souris ont été observées : le petit rhinolophe (dans une des crevasses du poudingue au lieu-dit La Creux-Roche) figurant dans le livre rouge de la faune menacée en France et le myotis de Daubenton, tous les deux étant inscrits à l'annexe II de la convention de Berne, aux annexes II et IV de la directive Habitats et sur la liste rouge régionale des mammifères.
Le site possède également un certain intérêt en ce qui l'archéologie industrielle (présence d'un "bas" fourneau du XVIèmè siècle).
La ZNIEFF est incluse dans la Z.I.C.O. CA 01 (plateau ardennais) de la directive Oiseaux et a été proposée, avec trois autres zones, dans le cadre de la Directive Habitats (site n°28 : tourbières du plateau ardennais). Le site est en bon état de conservation général, mais menacé : il est à rappeler que la création en 1970 de la route du vallon a fait disparaître une des quatre stations de rossolis intermédiaire encore présentes en Champagne-Ardenne, dans le tiers inférieur du Vallon de l'Ours. Aujourd'hui, la route est interdite à la circulation (en raison d'un écroulement consécutif aux crues de l'Ours en 1994 et1995), ce qui préserve le site de la pression touristique. Les prairies incluses dans la ZNIEFF sont quant à elles menacées, soit par un pacage trop intensif, soit par une fertilisation, soit par un enrésinement (certaines parcelles l'ont été dernièrement).
Les limites de la ZNIEFF suivent les contours naturels du secteur le plus riche.
