Les étangs contigus de la Grande Rouillie, de la Grande Queue et du Bâtard sont situés au sein de la vaste ZNIEFF II du massif forestier de Belval. Leurs eaux mésotrophes portent une végétation aquatique assez bien développée (potamaies, nymphaies), des groupements marécageux (cariçaies, roselières), et plus localement des groupements des rives exondées, des saulaies à saule cendré et des fragments de lande à callune. La ZNIEFF regroupe ces plans d'eau ainsi que les bois constituant leur environnement immédiat.
La végétation aquatique comprend des radeaux à lentilles d'eau et petit nénuphar, des colonies d'utriculaire vulgaire (inscrit sur la liste rouge des végétaux menacés de Champagne-Ardenne) et des tapis de potamot nageant et de nénuphar blanc.
Des végétations amphibies se sont installées sur le pourtour des étangs, au niveau de certaines zones décapées sur gaize et le long de petits fossés : la laîche tardive (Carex serotina), très abondante par endroits, la laîche souchet (Carex bohemica) dont c'est l'une des rares stations, le jonc des marécages (protégé en Champagne-Ardenne), le scirpe épingle, le scirpe de Sologne et le potamot à feuilles de graminées, tous inscrits sur la liste rouge régionale des végétaux. Elles sont accompagnées d'espèces plus communes comme le scirpe des marais, le scirpe maritime, le jonc couché, le bident radié, etc.
Les roselières couvrent près du quart de la superficie de la ZNIEFF : elles se présentent comme une ceinture plus ou moins continue, développée sur les berges des étangs, constituée de phragmite, d'œnanthe aquatique, de sagittaire flèche d'eau, de jonc des chaisiers, de rubanier rameux, de massette à feuilles étroites et en bordure de calamagrostis lancéolé et de séneçon aquatique. On y remarque la renoncule grande douve protégée au niveau national. Elles passent ensuite à des magnocariçaies à laîche vésiculeuse (très abondante), laîche des rives, laîche des marais, laîche faux-souchet, lysimaque vulgaire, séneçon des marais, lotier pédonculé, jonc épars, etc. Des tapis de sphaignes s'observent ponctuellement en bordure de l'Etang de la Grande Rouillie et de l'Etang du Bâtard.
Le bois riverain est une chênaie-charmaie mésotrophe à tilleul à petites feuilles, sorbier des oiseleurs et bouleau pubescent. Dans le tapis herbacé se remarquent la luzule des bois, la laîche maigre, la véronique officinale. Des fragments de landes à callune subsistent en lisière, avec la callune fausse-bruyère, le genêt à balais, la laîche à pilules, la molinie bleue.
La carpe, le gardon, la tanche, le brochet et la perche forment l'essentiel de la faune piscicole des étangs.
Les amphibiens fréquentent le site, en particulier le triton crêté (inscrit à l'annexe II de la convention de Berne, aux annexes II et IV de la directive Habitats) et la rainette arboricole (annexes II de la convention de Berne et de la directive Habitats) figurant dans le livre rouge de la faune menacée en France (catégorie "vulnérable") et sur la liste rouge régionale de même que la salamandre tachetée. On peut également rencontrer le triton alpestre, le crapaud commun et la grenouille verte.
L'avifaune aquatique est bien représentée ici avec notamment, pour les nicheurs, le fuligule milouin (inscrit sur la liste rouge régionale), le grèbe huppé, la foulque macroule et le canard colvert. Mais ces étangs, très fréquentés le week-end et pendant la belle saison, sont surtout utilisés comme zone de stationnement lors des migrations : on peut alors y observer le tadorne de belon, le fuligule morillon, la harle piette, la harle bièvre, la sarcelle d'hiver, le grèbe castagneux, le chevalier culblanc, la mouette rieuse, le râle d'eau, le vanneau huppé, les oies cendrées... Le martin-pêcheur niche sur le site, de même que la rousserolle effarvatte et le pic vert. La ZNIEFF est aussi fréquentée par l'hirondelle de rivage, le grand cormoran, la grive litorne et la grive mauvis, le héron cendré, l'autour des palombes, le geai des chênes, le pinson des arbres, la mésange charbonnière, la sittelle torchepot...
Certains mammifères peuvent s'observer sur la ZNIEFF, notamment le putois d'Europe (partiellement protégé, inscrit à l'annexe III de la convention de Berne et à l'annexe V de la directive Habitats) et la musaraigne aquatique (totalement protégée en France depuis 1981), tous les deux figurant sur la liste rouge régionale des mammifères (catégorie "vulnérable").
La ZNIEFF est dans un bon état général, mais les bois riverains ont été sévèrement touchés par la tempête du 26/12/99.
Les limites de la ZNIEFF suivent le contour de l'ensemble formé par les plans d'eau ses milieux marécageux associés.