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Avec le massif vosgien et les zones d'étangs, les vallées alluviales constituent le trait dominant du Territoire de Belfort. Parmi elles, la Madeleine, la Saint-Nicolas et la Bourbeuse marquent profondément le paysage en drainant les eaux de toute la partie orientale du département.
La Madeleine et la Saint-Nicolas prennent naissance dans le massif vosgien à Lamadeleine-Val-des-Anges et dans le sur le hameau de Saint-Nicolas à près de 800 mètres d'altitude. Après les agglomérations d'Etueffont et de de Rougemont-le-Château, leurs vallée s'élargissent en même temps que la pente des cours d'eau diminue. Leur écoulement est orienté du nord vers le sud et ils confluent à Bretagne (340 m) pour former, en aval de Montreux-Château, la Bourbeuse. Cette dernière s'écoule du nord-est vers le sud-ouest en drainant sur son passage les eaux des régions limitrophes, Vosges au nord et Sundgau au sud. Longée sur sa rive gauche par le canal du Rhône au Rhin, la Bourbeuse rejoint l'Allaine, après un parcours de 8 km, pour former l'Allan en aval de Bourogne.
Ces trois rivières présentent les caractéristiques de cours d'eau de plaine, à lit méandreux et écoulement lent. Au regard de la région, elles s'inscrivent parmi les dernières vallée de plaine qui soient encore bien préservées. Elles n'ont pas subi de gros travaux de drainage ou de recalibrage et restent bien vivantes avec des débordements qui conservent le caractère humide au lit majeur et à tous les habitats associés. L'agriculture traditionnelle, active dans ce secteur et la faible pression humaine ont permis le maintien d'une végétation naturelle où les prairies hygrophiles et les boisements riverains dominent très largement (75 % de la superficie totale). Ces éléments conférent au site un intérêt floristique très important ; les groupements végétaux les plus remarquables sont :
- la végétation aquatique à myriophille et à nénuphar jaune installée dans les méandres et les zones de calme,
- les prairies à jonc acutiflore développées sur des sols marécageux, prairies de fauche maigres d'aspect assez ras, prairies longuement inondables de bas-fonds, prairies méso-hygrophiles, prairies mésophiles mésotrophes et prairies eutrophes
- les formations arbustives ou arborescente hygrophiles : saulaies, aulnaies, aulnaies-frênaie ,
- lesformations de hautes herbes : mégaphorbiaies, roselières et cariçaies.
La faune contribue également à la valeur biologique du site. La Bourbeuse est classée en rivière de deuxième catégorie ; elle est réputée pour sa grande richesse piscicole dont le brochet, le chabot, la bouvière et la vandoise. La Saint Nicolas ou la Madelaine ne sont pas en reste avec la présence de la loche d'étang, la lamproie de planer ou la bouvière, trois espèces dont la valeur patrimoniale est forte. Par ailleurs, la vallée de la Bourbeuse est le seul lieu de nidification connu du courlis cendré et du vanneau dans le Territoire de Belfort. Ces espèces sont accompagnées par un important cortège d'espèces nicheuses ou en halte migratoire. Pour les insectes, il faut signaler la présence de plusieurs stations de cuivré des marais.
La qualité de l'eau de la Bourbeuse est tributaire de la pollution de ses deux affluents : la Saint-Nicolas qui présente une qualité générale médiocre (classe 2 voire 3 de Rougemont-le- Château à Foussemagne) et la Madeleine qui présente une qualité moyenne (classe 1B) mais stable. La qualité de la Bourbeuse est médiocre de sa naissance jusqu'à Brebotte et s'améliore pour redevenir moyenne à l'aval.
