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Le Bois de Villequier s’étend sur les coteaux de la vallée de la Seine, en face de la boucle de Brotonne, en rive droite du fleuve. Le massif est essentiellement composé de terrains domaniaux (à l’amont près de Caudebec-en-Caux) et départementaux (forêt départementale de Villequier : 95 ha). Les nombreuses phases de défrichement depuis le Néolithique se sont arrêtées en haut du versant, tellement raide qu’il était quasiment impossible à mettre en valeur sur le plan agro-pastoral.
Le versant particulièrement abrupt (de 100 à 120 mètres de dénivelé), issu de l’érosion fluviatile de la Seine lors du Quaternaire, est orienté essentiellement au Sud et à l’Est. Cette pente et cette exposition génèrent des conditions de themophilie qui, associées au substrat crayeux perméable, favorisent la présence d’espèces végétales thermocalcicoles remarquables.
Ce coteau est boisé à plus de 95 %. Sur argiles à silex, les chênaies-bétulaies du Quercion robori-petraeae sont présentes sur la lèvre du plateau, de même que quelques hêtraies acidiphiles à Houx et des Hêtraies neutrophiles à acidiclines à Jacinthe (association du Hyacinthoido-Fagetum) sur sols enrichis en bases.
Les versants sont occupés par des formations de hêtraies-frênaies-érablières neutrophiles ou calcicoles sur colluvions et sur craie (Phyllitido-Fraxinetum, Mercurialo-Aceretum, sur les affleurements crayeux plutôt frais, Daphno-Fagetum sur les versants chauds).
On note d’importantes populations de Fragon et d’If sur les corniches, notamment sur la partie domaniale.
Certains vallons humides (Frênaies à Laîche pendante - Carex pendula) abritent des peuplements d’Ail des ours et de Dorine à feuilles opposées.
Sous le Château de Villequier, les sources tuffeuses crééent des encroûtements calcaires liés à la présence d’une mousse qui piège le calcaire dissous dans l’eau. Elles constituent une végétation originale (alliance du Cratoneurion filicinum) très rare en Haute-Normandie.
Des petites pelouses sèches relictuelles subsistent dans la partie domaniale au-dessus de Barre-y-va. Elles étaient plus étendues autrefois : la dynamique spontanée de recolonisation par les ligneux tend à les faire disparaître.
De nombreuses autres espèces végétales déterminantes de ZNIEFF ont été observées dans ce massif : Epipactis rouge-foncé, Orchis singe, toutes deux légalement protégées, Ophrys mouche, Millepertuis androsème, Parisette à quatre feuilles, Laîches pendante et maigre, Orme des montagnes, Cardère poilue, etc. Certaines restent à retrouver comme l’Arabette des sables, l’Orobanche du lierre, l’Orpin réfléchi, la Gymnadénie odorante, etc.
Parmi les mammifères, plusieurs espèces de chiroptères utilisent les petites cavités de Barre-y-va, dont le Grand Rhinolophe, espèce particulièrement rare et menacée en Europe du Nord, et inscrite à l’annexe II de la directive Habitats de l’Union Européenne.
Une grille a d’ailleurs été posée devant l’entrée du site, afin d’empêcher les intrusions humaines, facteurs de dérangement pour les chiroptères hivernants.
Au sein de ce coteau boisé, la diversité des formations forestières et la présence des milieux humides et surtout des reliques de pelouses et lisières thermocalcicoles confèrent au bois de Villequier un intérêt écologique élevé. La majorité des groupements végétaux présents relevant de la directive Habitats de l’Union Européenne, ce site a été retenu pour intégrer le réseau Natura 2000.
La conservation de ce patrimoine passe notamment par le maintien de pelouses ouvertes et de lisières thermophiles entretenues, afin de contenir le boisement naturel qui fait disparaître tous les milieux ouverts.
L’actuelle gestion (coupe des ligneux) tend à pérenniser cet espace héliophile.
