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Situé en limite septentrionale du plateau du Valois, le Ru Sainte Marie est un affluent de la rive gauche de l'Automne. Il suit une orientation globalement sud-nord à l'aval, et sud-ouest/nord-est à l'amont. Le cours d'eau est cloisonné au niveau de Duvy, ce qui constitue un obstacle infranchissable pour les poissons. Le vallon des Prés de Baybelle s'étire, quant à lui, de l'ouest vers l'est.
Cette petite vallée, profondément inscrite dans le plateau tertiaire, est caractérisée par un fort festonnement, qui génère une diversité élevée de conditions microclimatiques, en fonction des expositions des versants, de la raideur des pentes et des affleurements géologiques.
Le vallon des Prés de Baybelle présente des expositions au sud, propices au développement de végétations thermophiles avec des espèces telles que la Germandrée des montagnes (Teucrium montanum), l'Epipactis rouge foncé (Epipactis atrorubens), la Veronique prostrée (Veronica prostrata subsp. scheereri). Au niveau des cavées des têtes de vallons et des versants nord, de végétations préférant les ambiances fraîches et humides se développent avec des espèces telles que le Cynoglosse d’Allemagne (Cynoglossum germanicum) ou le Polystic à aiguillons (Polystichum aculeatum).
Les coteaux les plus ensoleillés bénéficient d'influences méridionales, favorables à la présence de nombreuses espèces végétales thermophiles rares et/ou menacées, dont plusieurs frôlent ici leur limite d'aire septentrionale comme le Lézard vert (Lacerta bilineata). Les vastes surfaces boisées permettent également la circulation de grands mammifères.
Dans le cours d'eau, la Truite fario (Salmo trutta fario) et le Chabot (Cottus gobio) sont très abondants. Le peuplement des macroinvertébrés benthiques sont relativement diversifiés et la présence de Brachycentrus témoigne d'un degré de polluosensibilté élevé.
Dans les zones humides attenantes à la Sainte-marie, des espèces végétales telles que la Laîche de Maire (Carex mairei*), la Fougère des marais (Thelypteris palustris) ou encore le Dactylorhize incarnat (Dactylorhiza incarnata) témoignent localement du caractère tourbeux des alluvions. Les cortèges d’invertébrés déterminants abrite notamment le Criquet vert-échine (Chorthippus dorsatus), le Conocéphale des roseaux (Conocephalus dorsalis) chez les otrthoptères ainsi que la Noctuelle des roselières (Arenostola phragmitidis), la Nonagrie du Phragmite (Chilodes maritima) ou encore la Nonagrie rubanée (Archanara dissoluta) chez les lépidoptères hétérocères. Les végétations à grandes Laiches abritent par ailleurs le Maillot de Desmoulins, escargot inscrit à l’annexe II de la Directive « Habitats » et considéré comme vulnérable en Europe et dans le Monde par l’UICN.
Les contours de la zone englobent l'essentiel des zones boisées, pelousaires et humides qui abritent les habitats et les espèces végétales et animales les plus rares et menacés. Dans la mesure du possible, les zones urbanisées et cultivées sont évitées. La zone comprend également le lit mineur du ru de Sainte-Marie depuis sa source à Auger-Saint-Vincent. Les zones humides connexes au ru ont été incluses au périmètre suite à l’acquisition de connaissances nouvelles depuis 2009 qui ont révélé la présence d'espèces déterminantes et de leurs habitats. La ZNIEFF étendue inclus ainsi près de 5 ha supplémentaires de zones humides au niveau du lieu-dit "la Jonnière" en amont de la vallée de la Sainte-Marie.
