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Au cœur des plateaux de calcaires d'âge jurassique supérieur du Tonnerrois, le territoire est composé :
- des coteaux de Saint-Martin-sur-Armançon dominant une boucle de la vallée de l'Armançon et recouvert de pelouses, de boisements et d'éboulis,
- du vallon de Molosmes riche en combes boisées et en pelouses sèches,
- des cavités du gouffre de la Cave Noire.
L'intérêt de cette zone tient à la diversité des milieux secs, avec les espèces de faune et de flore inféodées.
Les coteaux et combes abritent une grande variété d’habitats avec :
- des éboulis liés à la gélifraction des calcaires tendres au niveau des coteaux de Saint-martin, d’intérêt régional,
- des pelouses arides sur sols squelettiques de l’alliance végétale du Xerobromion erecti, d’intérêt européen,
- des pelouses calcaires semi-arides (alliance végétale du Mesobromion erecti), d’intérêt européen,
- des boisements de chênes pubescents (Quercus pubescens) à Garance voyageuse (Rubia peregrina), d’intérêt régional,
- des hêtraies sèches sur sols calcaire d’adrets, d’intérêt européen,
- des hêtraies à Aspérule odorante (Galium odoratum), d’intérêt européen,
- des chênaies-charmaies sur sols calcaires,
- des fourrés sur sols calcaires.
Des espèces végétales déterminantes pour l’inventaire ZNIEFF ont été observées dans les milieux ouverts, avec notamment :
- l'Ibéris intermédiaire (Iberis intermedia), plante des éboulis calcaires, rarissime en Bourgogne, inscrite au livre rouge de la flore menacée de France et protégée réglementairement,
- le Gaillet de Fleurot (Galium fleurotii), plante des éboulis calcaires, rarissime en Bourgogne et inscrite au livre rouge de la flore menacée de France,
- le Ptychotis à feuilles variées (Ptychotis saxifraga), plante des éboulis, rarissime en Bourgogne,
- le Limodore à feuilles avortées (Limodorum abortivum), orchidée des bois et des pelouses sèches, rare en Bourgogne et protégée réglementairement,
- la Céphalanthère rouge (Cephalanthera rubra), orchidée des bois et des pelouses sèches, rare en Bourgogne,
- le Silène glaréeux (Silne vulgaris subsp. glareosa), plante des éboulis.
Le gouffre de la Cave Noire constitue une zone majeure pour l’hibernation de chauves-souris avec en espèces principales le Grand Rhinolophe (Rhinolophus ferrumequinum) et le Murin à oreilles échancrées (Myotis emarginatus), espèces d'intérêt européen qui peuvent y être observées en nombre (jusqu'à 500 individus pour les deux espèces).
Le patrimoine naturel dépend entre autres d’une gestion forestière à base de peuplements feuillus et de traitements adaptés aux conditions stationnelles (sol, climat, topographie, hydrographie), conservant les clairières forestières. Des secteurs de pelouses en déprise sont susceptibles de se boiser rapidement et de perdre leur intérêt pour la faune et la flore des milieux ouverts. Une restauration (débroussaillage) et un entretien (pâturage, fauche) permettraient de contrecarrer cette évolution.
Le patrimoine souterrain est également sensible : le dérangement provoque le réveil des chauves-souris et la surconsommation de leurs réserves énergie, ce qui peut compromettre leur survie en période hivernale.
Le périmètre est délimité par :
- les secteurs d'éboulis, de coteau, de pelouses et de boisements du rebord de plateau, habitats riches en espèces rares,
- une portion de la vallée de l'Armançon, ,
- le développement des cavités à chauves-souris et les terrains de chasse à proximités des entrées.
Le contour exclut les secteurs de plateau et de vallée cultivés intensivement. Les limites s'appuient sur les éléments remarquables du paysage (chemins, courbes de niveau, cours d'eau).
