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La ZNIEFF des pelouses et des bois des coteaux de Chevillon se localise sur les versants très raides situés au nord et au sud du village. Elle regroupe, sur 150 hectares, des chênaies-hêtraies thermoxérophiles, des hêtraies-chênaies-charmaies (sur le plateau), des pelouses (certaines pâturées par des chevaux), en mélange avec des fruticées et des accrues forestières mésophiles. Plus localement, au niveau d'anciennes carrières, des groupements de mousses et de fougères complètent la végétation du site.
La chênaie-hêtraie thermoxérophile est constituée par le chêne sessile, le chêne pubescent et leur hybride, le hêtre, le pin sylvestre, l'alisier blanc, l'alisier torminal, le charme. Le taillis comprend le tilleul à grandes feuilles, le bouleau, le noisetier. La strate herbacée est caractérisée par le céphalanthère à grandes fleurs, la néottie nid d'oiseau, la laîche des montagnes, la laîche de Haller (proche de sa limite d'aire de répartition), l'hellébore fétide, le sceau de Salomon odorant. Dans les lisières se remarquent le dompte-venin officinal, la phalangère rameuse, le buplèvre en faux, l'origan vulgaire, la digitale jaune, l'ancholie vulgaire, la gesse sauvage...
Les pelouses sont très riches en orchidées : orchis pourpre, orchis militaire (et leur hybride), ophrys araignée (inscrit sur la liste rouge des végétaux menacés de Champagne-Ardenne), ophrys mouche, ophrys frelon, orchis mâle, orchis bouc, orchis moucheron, orchis pyramidal, acéras homme-pendu, épipactis brun rougeâtre, listère ovale et platanthère à deux feuilles. Elles sont accompagnées par de nombreuses espèces caractéristiques de ce type de milieu comme le séséli des montagnes, le polygala du calcaire, la petite sanguisorbe (localement très abondante), le genêt des teinturiers, l'anémone pulsatille, le lin à petites feuilles, la germandrée petit-chêne et diverses graminées (brome érigé, fétuque de Leman, brize intermédiaire, koelérie pyramidale, brachypode penné). Elles forment une mosaïque avec les fruticées et taillis clairs de recolonisation (à genévrier, cornouiller sanguin, viorne mancienne, épine noire, cerisier de Sainte-Lucie, cytise faux-ébénier) et les accrues constituées par le saule marsault, le noisetier, le chêne pédonculé, l'érable champêtre, l'alisier blanc, le tremble, le pin sylvestre et le pin noir.
Au niveau des anciennes carrières du plateau s'est installée une végétation ptéridophytique, avec notamment la doradille verte (6 à 8 pieds), localisée dans les montagnes et très rare ailleurs (les localités haut-marnaises étant les seules connues de toute la plaine française). Elle est protégée en Champagne-Ardenne et inscrite sur la liste rouge régionale. Elle est accompagnée par le capillaire, la scolopendre, le polypode, le polystic dilaté, la fougère mâle, la fougère femelle... Aux abords de la carrière la végétation est constituée par la laîche des montagnes, la laîche pâle, la laîche digitée, la laîche des bois, la véronique officinale, la luzule poilue, le millepertuis élégant, la fougère aigle, la raiponce noire (rare sur calcaire et rare en Haute-Marne) et la belladonne. Ponctuellement, au niveau des éboulis ombragés sous la Côte Brûlée s'observe le polypode du calcaire.
L'un des secteurs les plus favorables pour la faune se situe au lieu-dit "le Ban" où l'on trouve successivement des parcelles envahies par les fourrés, des parcelles très fermées et un bois de pins mis à mal par la tempête. Ce secteur à flore très banale a été intégré à la ZNIEFF pour sa richesse faunistique.
C'est une des rares ZNIEFF haut-marnaises à répertorier les quatre espèces de pouillots : pouilot fitis, pouillot siffleur, pouillot véloce et surtout pouillot de Bonelli, inscrit sur la liste rouge régionale des oiseaux et qui niche en limite de la ZNIEFF (aux abords d'un lotissement privé dont la construction a généré une mini-falaise où se sont implantés de jeunes pins sylvestres). Le milan noir, qui fait aussi partie de la liste rouge régionale, niche également dans la ZNIEFF. Les boisements hébergent la tourterelle des bois, le pigeon ramier, le pic épeiche, le geai, le grosbec casse-noyaux, la sittelle torchepot, la grive musicienne, la fauvette à tête noire, le roitelet à triple bandeau, de nombreuses mésanges...
La ZNIEFF est fréquentée par le lézard des murailles, la vipère aspic et la couleuvre verte et jaune : c'est la plus méridionale des couleuvres de Champagne-Ardenne, la Haute-Marne constituant sa limite septentrionale de répartition. Elle fait partie de l'annexe II de la convention de Berne et elle est inscrite sur la liste rouge régionale des reptiles (catégorie "vulnérable").
La ZNIEFF est dans un bon état général.
Les limites de la ZNIEFF correspondent aux limites des secteurs thermophiles plus ou moins xérophiles de la vallée du ruisseau de Chevillon ainsi qu'à d'anciennes carrières. Au delà, la flore est plus banale.
