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Bois privé formant avec les ZNIEFF contiguës 76-13, 76-01, 76-16 et 76-06 un massif forestier d’un intérêt patrimonial exceptionnel par sa surface (plus de 11 000 ha au total). Le site est par ailleurs assez diversifié du fait de la présence de quelques petits étangs, de vallons plus ou moins encaissés parcourus par divers ruisseaux temporaires ou permanents et de par l’intégration du bocage périphérique. De nombreuses plantations de résineux ont été faites par le passé, artificialisant une partie de ce bois, obérant ainsi une partie de ses potentialités floristiques et phytocénotiques naturelles.. La D42, très fréquentée, et une voie de chemin de fer traversent la ZNIEFF. Divers éléments floristiques d’intérêt patrimonial ont été identifiés (18 espèces déterminantes au total, dont 5 protégées) : Laîche étoilée (Carex echinata), Laîche allongée (Carex elongata), Laîche maigre (Carex strigosa), Laîche vésiculeuse (Carex vesicaria), Arabette hérissée (Arabis hirsuta), Barbarée intermédiaire (Barbarea intermedia), etc. Le caractère subatlantique du site est assez marqué, avec la présence de la Laîche des renards (Carex vulpina), de la Gesse des montagnes (Lathyrus linifolius), du Sureau à grappes (Sambucus racemosa), du Séneçon de Fuchs (Senecio ovatus), de la Raiponce noire (Phyteuma nigrum). Le caractère submontagnard de certains secteurs est en outre révélé par la Prêle des forêts (Equisetum sylvaticum) et la Luzule des forêts (Luzula sylvatica). La persistance d’une orchidée très rare dans la région, l’Orchis militaire (Orchis militaris) est à confirmer. Le patrimoine phytocénotique est assez mal connu sur ce site même si on peut souligner de belles séquences de végétations depuis les hauts de versants (avec types forestiers acidiclines à acidiphiles à préciser) jusqu’aux fonds de vallons hébergeant notamment de belles forêts rivulaires plus neutroclines du Carici remotae –Fraxinetum excelsioris présentant diverses variations écologiques et des fragments de forêts marécageuses de l’Alnion glutinosae. La ZNIEFF du Bois de la Fagne de Sains fait partie d'un complexe boisé plus vaste comprenant 5 autres ZNIEFF contigues. Ce complexe de ZNIEFF revêt une importance régionale de premier ordre pour la rhopalofaune. Les espèces de Rhopalocères et d’Odonates listées ne sont pas nécessairement régulières sur le site mais sont néanmoins présentes dans la liste puisqu’observées au moins une fois pendant la période. 20 espèces déterminantes de Rhopalocères ont été recensées sur cette ZNIEFF dont une exceptionnelle et deux très rares au niveau régional (HAUBREUX, 2009). Melitaea diamina et Clossiana selene sont observées sur les grandes drêves et les secteurs humides de la forêt. On retrouve le cortège des Nymphalidés forestiers (Apatura ilia, Apatura iris, Argynnis paphia et Ladoga camilla, Nymphalis polychloros) bien présents dans l'Avesnois mais plus rares dans les autres massifs forestiers régionaux). Soulignons l'extrême nécessité d'une gestion adaptée des bermes forestières le long des grandes drèves éclairées où se concentrent la grande partie de ces populations de rhopalocères. Aeshna grandis est bien répandue dans le bassin de la Sambre et de Helpe de l'Escaut et de la Scarpe et quasi absente des autres bassins versants ce qui en fait une espèce peu commune au niveau régional. Les ZNIEFF présentes sur le territoire des vallées de l’Helpe Majeure et de l'Helpe Mineure sont susceptibles d’accueillir d’autres espèces piscicoles particulières non reprises dans la liste des espèces déterminantes du Nord – Pas-de-Calais, notamment le Hotu (Chondrostoma nasus) et le Barbeau fluviatile (Barbus barbus) échantillonnés sur ces cours d’eau.
Périmètre englobant le bois de la Fagne de Sains et le bocage périphérique. Une extension mineure proposée à l’est du site pour inclure les talus ferroviaires hébergeant quelques plantes déterminantes de ZNIEFF.
