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La ZNIEFF située entre les communes de Chagny, Bouvellemont, Omicourt et Baâlons est constituée par le vallon très encaissé du ruisseau du Moulin dans le Bois de Villers et par les milieux prairiaux, marécageux et boisés de la vallée jusqu'à la jonction de ce ruisseau avec celui du Bairon. Ces derniers ont été intégrés dans la ZNIEFF initiale en 2000 au vu de leur grande valeur faunistique.
Le site présente divers types forestiers caractéristiques des Crêtes préardennaises : la chênaie-charmaie mésotrophe à acidiphile sur les pentes, l'aulnaie marécageuse à grandes laîches et l'aulnaie-frênaie propre aux fonds de vallon. C'est dans cette dernière, au nord du Bois de Villers que se localise une station à gagée jaune (espèce très rare en plaine et en Champagne-Ardenne, protégée au niveau régional), malheureusement non revue récemment. Le groseillier rouge et la lathrée écailleuse s'y rencontrent également. Des roselières (à phragmite et massette à larges feuilles), magnocariçaies (à laîche des marais, laîche paniculée, laîche faux-souchet) et mégaphorbiaies (à reine des prés, angélique sylvestre, renouée bistorte, cirse des maraîchers, etc.) s'observent çà et là dans la vallée en compagnie de la prairie humide dans les zones moins engorgées.
Le grand intérêt de la ZNIEFF est surtout d'ordre entomologique, avec de nombreuses espèces rares (dont certaines n'ont pas pu être intégrées dans la liste des espèces de la ZNIEFF, car ne figurant pas dans la base de données des espèces du logiciel), notamment des Ephémères, des Trichoptères (populations extrèmement diversifiées) et des Odonates. Les premières recèlent trois espèces rares, Electrogena quadrilineata, Metreletus balcanicus (rare sur toute son aire) et Leptophlebia marginata (espèce des zones acides et montagnardes). Les Trichoptères inventoriés l'ont été surtout dans les zones de sources, avec là aussi une espèce rare que l'on rencontre surtout dans les zones acides et en montagne, Hagenella clathrata. Les Odonates possèdent deux espèces inscrites sur la liste rouge régioale, il s'agit du cordulégastre bidenté et de la libellule fauve. Ils sont accompagnés de libellules et de demoiselles plus communes (agrion à larges pattes, agrion gracieux, aeshne bleue, agrion élégant, libellule déprimée, libellule à quatre taches, caloptéryx éclatant, etc.), des sauterelles (phanéroptère porte-queue, decticelle bariolée, decticelle cendrée, grande sauterelle verte), des criquets (dont le criquet ensanglanté, inscrit sur la liste rouge régionale des Orthoptères, le criquet des pâtures, le criquet des clairières), des papillons (machaon, paon-du-jour, petite tortue, citron, vulcain, carte géographique, grand collier argenté, azuré de la bugrane, argus frêle, thécla du chêne...).
Le site attire une faune amphibienne variée avec deux espèces de la liste rouge régionale des Amphibiens, le crapaud accoucheur (inscrit à l'annexe IV de la directive Habitats et dans le livre rouge de la faune menacée en France) et la salamandre tachetée. On peut également y rencontrer le triton alpestre (figurant dans le livre rouge), le triton palmé, la grenouille verte et la grenouille rousse.
Les eaux des ruisseaux du Moulin et du Bairon abritent deux poissons menacés, inscrits à l'annexe II de la directive Habitats, le chabot et la lamproie de Planer.
La ZNIEFF est encore en bon état, mais elle est menacée par les plantations de peupliers et de résineux.
La délimitation de la ZNIEFF correspond aux limites topographiques du vallon et se prolonge dans la vallée pour intégrer les milieux les plus intéressants (les contours suivant alors la limite entre ces milieux et les terres agricoles).
