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Le Val Marnay est un vallon entaillant légèrement le plateau calcaire. Sa direction est-ouest en arc de cercle génère des versants orientés principalement au sud et au nord, à l'origine de microclimats particuliers mais peu accentués. Située au sud-ouest de Blessonville, la ZNIEFF est éclatée en deux parties séparées par l'autoroute. Elle appartient à la vaste ZNIEFF de type II de la Forêt d'Arc-en-Barrois et de Châteauvillain. .
Les types forestiers sont très typiques de cette région centrale du département : chênaie-charmaie-hêtraie calcicole de pente (40% du peuplement), chênaie-charmaie xérophile sur pente sud et chênaie pédonculée-charmaie de fond de vallon. Cette dernière, d'affinité montagnarde, est localement bien développée dans tout le fond du Val Marnay). Les chênes sessile et pédonculé, le charme, le hêtre, le tilleul à grandes feuilles, l'érable sycomore et l'érable champêtre forment l'essentiel de la strate arborescente. Parmi les arbustes on remarque le troène, l'aubépine monogyne et surtout le bois joli La strate herbacée est constituée par le lierre, la jonquille (très abondante), la scille à deux feuilles, la laîche digitée, l'asaret d'Europe, le bois joli, la primevère élevée, la stellaire holostée et en fond de vallon l'anémone fausse renoncule, la corydale solide, l'oxalide petite oseille, la moschatelline, la cardamine des prés… Une très importante population de gagée jaune se remarque sur l'ensemble de la ZNIEFF : cette espèce eurasiatique à tendance submontagnarde, protégée en France et inscrite sur la liste rouge des végétaux menacés de Champagne-Ardenne, est très rare en plaine. Elle possède ici une de ses plus importantes stations régionales. On y rencontre aussi la cynoglosse d'Allemagne (localement abondante) et l'épipactis à labelle étroit, tous les deux étant aussi inscrits sur la liste rouge régionale de même que l'ail arrondi, très rare dans la région, autrefois dans les vignes, réfugié actuellement dans quelques forêts (station primaire?) de la Haute-Marne et de l'Aube.
Ponctuellement, le long des chemins, se remarque la vesce à feuilles de pois, d'origine continentale (rare en France où elle ne se rencontre qu'en Champagne, Bourgogne et Lorraine), protégée au niveau régional et inscrite sur la liste rouge. Elle est accompagnée par le grémil pourpre bleu, l'œillet des chartreux, le calament officinal, l'hellébore fétide…
Les troncs sont abondamment couverts de mousses épiphytes comme Anomodon viticulosus, Neckera complanata, Ulota crispa et Antitrichia curtipendula 'mousse montagnarde). Le rare lichen Normandina pulchella se voit aussi sur les troncs. A la base de certains chênes (en haut de la combe), s'observe un polypore peu fréquent, Inonotus dryadeus.
La ZNIEFF est notamment fréquentée par les cerfs (abondants et à l'origine d'arbustes taillés en "bonzaïs" caractéristiques), les chevreuils, les sangliers et les blaireaux (présence de terriers).
Elle est dans un bon état général.
La ZNIEFF est éclatée en deux zones situées de part et d'autre de l'autoroute :constituée par un vallon et ses diverticules, la limite suit donc le haut de la pente.
