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Cette vaste znieff interdépartementale couvre la forêt domaniale ainsi que des espaces interstitiels d’intérêt écologique telle la vallée de la Lieure, des vallons secs avec prairies, mares et haies (le Fond de la Vierge Marie sur la commune de La Feuillie, par exemple).
La forêt de Lyons est un grand massif morcelé (10700 ha), constitué des reliquats d’une très vaste forêt fortement défrichée dès l’époque romaine, puis au Moyen-Age avec l’installation de nombreuses fermes (granges) liées au développement de l’abbaye de Mortemer. Propriété ducale puis royale, la forêt inaliénable fut, par la suite, relativement préservée. Mais pendant la période révolutionnaire puis impériale, des coupes importantes sont réalisées. Un véritable aménagement sylvicole est lancé à partir de 1862 qui fixe le Hêtre comme essence objectif à la révolution de 150 ans. Ainsi se forment les grandes hêtraies « cathédrales ». Aujourd’hui, le Hêtre représente 60% de la surface du couvert, le Chêne 25% et le principal objectif sylvicole est de favoriser ce dernier. Le massif s’étend sur un plateau découpé par des vallons secs et des vallées alimentées de rivières : la Lieure au centre, qui traverse la commune de Lyons-la-forêt, l’Andelle, dont la vallée borde l’Ouest et le Nord-Ouest de la forêt, le Fouillebroc au Sud, la Levrière à l’Est.
Les principaux groupements végétaux sont :
- la hêtraie-chênaie mésotrophe à Jacinthe (Endymion-Fagetum) sur limons éoliens, sols profonds mais acides avec hydromorphie possible, fragiles et battants ;
- la hêtraie-chênaie acidiphile à Houx (Ilici-Fagetum) sur des sols acides et filtrants sur formations à silex ;
- la hêtraie calcicole (Daphno-Fagetum) sur les versants fortement érodés où existent des sols carbonatés, sols bruns calciques ou rendzines sur les affleurement de craie ;
- la chênaie-frênaie hygrocline sur sols colluvionnaires en bas de pente, sols riches, frais, profonds.
D’autres habitats, plus rares, peuvent aussi être observés : prairies tourbeuses à Hypnacées (mousses), prairies forestières à Alchémille vert jaunâtre, laies forestières humides à Laîche maigre, pelouses calcicoles, pré-bois et fourrés thermophiles ; 190 mares ont été notées.
Dix-neuf znieff de type I recensent des habitats de fort intérêt écologique : mares à Utriculaire australe, Scirpe lacustre, Renoncule flammette, Spirodèle, à batraciens dont les Tritons crêté, palmé et ponctué ; pelouses et fourrés calcicoles à Ophrys bourdon (protégé), Chlore perfoliée, Gentianelle d'Allemagne, Campanule agglomérée, Parnassie des marais, Criquet de la Palène ; hêtraies neutrophiles à calcicoles, dont des stations à Dorine à feuilles alternes, à Cardamine à bulbilles (protégée), à Orge des bois, à Brome de Beneken, à Daphné mézéréon, à orchidées rares telles Epipactis de Müller, Gymnadénie odorante (protégée), Epipactis brun rouge (protégée), Epipactis à petites feuilles, Anémone fausse-renoncule (protégée), Céphalanthère rose (protégée) ; prairie forestière à Alchémille vert jaunâtre ; hêtraies acidiphiles et bois tourbeux de bouleaux à sphaignes et fougères protégées (Osmonde royale, Oréoptéride des montagnes).
L’intérêt écologique remarquable des certains milieux ont permis la création, par l’Office National des Forêts en 1994, de deux Réserves Biologiques Dirigées : le Mont du Fresne (17,8 ha), hêtraie neutrophile de l’Asperulo-Fagetum, et le Bois du Gouffre (18,4 ha), bétulaies acidiphiles à sphaignes, habitats abritant des espèces de forte valeur patrimoniale.
Parallèlement, 747 ha de la forêt sont classés en site Natura 2000 (n°FR2300145) pour leur intérêt européen. Ils concernent le milieu forestier ainsi que la rivière du Fouillebroc pour les habitats et espèces suivantes : bétulaies pubescentes tourbeuses à Sphaignes (91 DO), hêtraies acidiphiles atlantiques à Houx (9120), hêtraies-chênaies mésoacidiphiles à Jacinthe des bois (9130), hêtraies-chênaies calcicoles à Lauréole (9130). Le Fouillebroc, affluent de la Lieure est classé en première catégorie piscicole ; il accueille le Chabot, la Lamproie de Planer et l’Ecrevisse à pattes blanches, espèces d’intérêt communautaire.
Ces milieux forestiers, riches de lisières, abritent de nombreuses espèces animales dont des espèces remarquables : : Autour des palombes, Busard Saint-Martin, Busard cendré, Bécasse des bois, Chouette chevêche, Martin-pêcheur, Pic vert, Pic mar, Rouge-queue à front blanc, Pouillot siffleur, Bruant zizi, Grand Murin, des coléoptères aquatiques (au Bois du Gouffre) : Agabus guttatus, Agabus melanarius, Hydroporus cantabricus, Hydroporus neglectus, Lucane cerf-volant, ainsi que les papillons, Ecaille chinée et Damier de la Succise.
