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Cette znieff couvre toute la partie basse de la dépression brayonne et la vallée de la Béthune. Elle s’étend sur environ soixante-quatre kilomètres de long, de Saint-Aubin-le-Cauf au Nord-Ouest à Neufmarché au Sud-Est, et sur environ quinze kilomètres au plus large. C’est la plus vaste znieff de type II de Seine-Maritime.
L’altitude varie de 14 m (la Béthune à Saint-Aubin-le-Cauf) à 232 m (château de Gaillefontaine).
Le pays de Bray est une vaste unité paysagère, boisée, cultivée et bocagère, constituée d’une mosaïque de milieux naturels et anthropisés, liée à la géologie et la topographie particulières de la « boutonnière ».
En effet, cette dépression topographique de forme ovale est, au sens géologique, un anticlinal (bombement) érodé. Les rebords de la boutonnière sont formés par les cuestas (coteaux) crayeuses. La partie centrale, plus basse, est principalement caractérisée par des sables et des argiles de temps géologique antérieur, d’où la formation de sols retenant l’eau et d’un chevelu très dense de ruisseaux, exceptionnel au niveau régional.
Les différents types de végétation et l’occupation agricole du sol sont longtemps restés en adéquation avec ces facteurs physiques. D’où une grande biodiversité et une forte authenticité de cette terre d’élevage. En limite du plateau, sur les fortes pentes du front, les cuestas abritent surtout des bois et des prairies sèches calcicoles. Les cultures occupent les pentes moins escarpées. Le fond humide est essentiellement constitué par les herbages, encore prépondérants et maillés densément de haies, mais remplacés ici et là par le maïs. Les prés-vergers entourant les villages dispersés régressent fortement. Quelques bois tourbeux subsistent dans des secteurs très humides non défrichés. Le bocage du Bray humide offre un paysage particulier, très vallonné, et de petites collines. Il est composé en majorité de prairies mais aussi de parcelles cultivées (de faibles dimensions), bordées de multiples haies, qu’elles soient vives, taillées bas ou émondées en têtards.
Parmi ces herbages, sont présentes de discrètes zones humides correspondant à divers écosystèmes : beaucoup de mares, des marais, des fossés avec des végétations aquatiques ou amphibies variées (joncs, laîches etc.), des roselières, des saulaies, divers bois humides, des petites tourbières exceptionnelles et un réseau hydrographique très dense.
Ces zones humides sont des milieux d’une grande diversité et productivité biologiques, hébergeant de nombreuses espèces végétales et animales spécialisées, parfois exceptionnelles. Outre cette fonctionnalité écologique, les zones humides jouent un rôle fondamental pour le recueil et l’auto-épuration des eaux, la réalimentation des cours d’eau et des nappes phréatiques, la prévention des inondations.
Les nombreuses sources donnent naissance à une multitude de rus, pour former divers ruisseaux qui, se rejoignant, créent un fleuve et trois rivières : la Béthune, qui s’écoule vers le Nord-Ouest et la Manche ; au Sud, l’Andelle et l’Epte, affluents de la Seine ; au Sud-Est, le Thérain qui ralie l’Oise. Ces ruisseaux et rivières abritent des espèces de poissons remarquables (Truite fario, Saumon atlantique, Lamproies, Chabot, Anguille etc.), dont certaines présentent un intérêt écologique majeur de niveau international. Le bassin de la Béthune est aussi favorable à l’Ecrevisse à pattes blanches encore présente dans plusieurs sites mais fortement menacée.
Les fossés et les haies offrent une multitude de corridors et de strates arborées et arbustives bénéfiques pour toute la petite faune. De nombreuses espèces communes ou rares, d’oiseaux, de mammifères, d’amphibiens (grenouilles, tritons), de reptiles, d’insectes etc., vivent, s’abritent, se nourrissent et se reproduisent dans ces habitats.
Le grand nombre de mares, essentielles pour la reproduction des batraciens, lié au réseau de haies et à la proximité de bois humides, forme un ensemble très favorable au Triton crêté. Le pays de Bray humide a été reconnu au niveau européen, comme un territoire majeur pour cette espèce en forte régression (Zone Spéciale de Conservation du réseau Natura 2000).
Au sein de cette vaste znieff, ont été définies trente-huit znieff de type I, unités ponctuelles et sensibles de fort intérêt écologique. Il s’agit principalement de marais, prairies humides, mares, bois tourbeux, landes humides, tourbières, ruisseaux avec végétation aquatique et amphibie, mégaphorbiaies (formations de grandes herbes en milieu humide), cariçaies (peuplements de laîches), roselières, chênaies, aulnaies, bétulaies (bois de bouleaux), saulaies, ripisylves (bois alluvial en bordure de rivière).
Comportant des habitats et des espèces d’intérêt communautaire, le Pays de Bray humide est classé en Site d’Importance Communautaire n°FR2300131 « Pays de Bray humide » (pour une surface de 3336 ha) ; de même, la vallée de la Béthune est classée en Site d’Importance Communautaire n°FR2300132 « Bassin de l’Arques » au sein du réseau européen Natura 2000.
Le Conservatoire des Espaces Naturels de Normandie, avec divers partenaires (exploitants, communes, département, O.N.F.), gère de manière écologique trois sites riches et sensibles sur le plan de la biodiversité : le Bois de l’Epinay à Forges-les-Eaux (tourbière de la Chevrette et cariçaie de l’Andelle, site classé en E.N.S.) ; les Fiefs, tourbière acide à Mésangueville ; et le Marais de Normanville (prairies humides, roselière, cariçaie), situé sur la commune du Mesnil-Lieubray.
En termes de biodiversité, noter aussi la présence d’oiseaux (Cigogne blanche, Bécassine des marais, Huppe fasciée, Phragmite des joncs,…), majoritairement protégés, et de nombreuses espèces d’insectes déterminantes de Znieff (odonates, lépidoptères, orthoptères,…). Au point de vue botanique, parmi plus de cent trente espèces déterminantes de Znieff présentes, on en dénombre une dizaine protégées au plan régional (Dactylorhiza majalis, Eriophorum vaginatum, Hottonia palustris, Lobelia urens, Menyanthes trifoliata, Osmunda regalis, Rhynchospora alba, Scilla bifolia, Thelypteris palustris, Vaccinium oxycoccos) et une au plan national (Drosera rotundifolia).
