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Le site, d'une surface de plus de 2 000 ha, occupe un plateau calcaire en bordure de la vallée du Thoré entre les agglomérations de Castres et de Mazamet.
Il est schématiquement constitué de deux grandes entités distinctes :
- à l'ouest : un plateau agropastoral composé de pelouses sèches (plus ou moins pâturées par des ovins), de cultures, de friches et de formations à Buis et Genévrier ;
- à l'est : un espace à dominante forestière et entaillé de vallées sèches aux versants abrupts. Cette partie du site est en grande partie occupée par la forêt militaire du causse créée à la fin du XIXe siècle et composée de feuillus (Chênes pubescent [Quercus pubescens] et pédonculé [Quercus robur] et de résineux (pins, cèdres) dont certaines parcelles âgées de 100 à 120 ans).
La partie centrale présente une zone de transition entre pelouses sèches ouvertes, cultures et formations plus fermées : pelouses en voie de fermeture, landes à Buis et à Genévrier... Dans sa partie sud, la rivière Thoré a profondément entaillé le plateau, formant ainsi des falaises calcaires. La partie ouest subit une nette pression d'urbanisation liée au développement de la zone d'activités du causse en bordure de l'aéroport. Bien que dominé par un climat atlantique, le site subit une influence méditerranéenne notamment liée au vent d'autan (sud-est) qui accentue les conditions xérophiles liées au sol.
Un terrain militaire occupe près d'un tiers de la superficie de la ZNIEFF. Les multiples intérêts naturels ont conduit au classement du causse de Labruguière-Caucalières comme site Natura 2000 au titre de la directive "Habitats" (ZSC).
Les conditions climatiques et édaphiques particulières du causse de Labruguière-Caucalières permettent la présence d'habitats déterminants dont les plus abondants sont les pelouses sèches (Xerobromion et Mesobromion). Cela se traduit par une grande richesse floristique en particulier d'espèces d'affinités méditerranéennes (thermophiles, calcicoles et xérophiles), souvent rares et/ou localisées dans le département. Un grand nombre d'espèces déterminantes ont ainsi été recensées au sein de la ZNIEFF, dont plusieurs figurant sur la liste rouge régionale des espèces rares et menacées. Parmi la grande diversité d'orchidées recensées, deux espèces sont protégées et particulièrement rares dans le Tarn : l'Épipactis des marais (Epipactis palustris), protégée dans le département du Tarn, et l'Orchis parfumé (Orchis coriophora fragans), protégé au niveau national. Le site (jachères et certaines parcelles cultivées) est également particulièrement riche en plantes messicoles dont certaines présentent un fort intérêt patrimonial, en particulier l'Adonis annuelle (Adonis annua), le Pied-d'alouette de Bresse (Delphinium verdunense) et la Nigelle de France (Nigella gallica), les deux dernières espèces étant protégées au niveau national.
D’un point de vue faunistique, le site possède une grande richesse ornithologique avec 136 espèces identifées dont plus d’une centaine nicheuse et 12 déterminantes. Parmi ces dernières, citons d’abord plusieurs rapaces. Affectionnant les milieux ouverts, cultures, friches, landes, le Busard Saint-Martin et le Busard cendré sont tous deux nicheurs. C’est aussi le cas de deux rapaces forestiers, le Circaète Jean-le-Blanc et l’Aigle botté, et du Grand-duc d’Europe qui préfère quant à lui les parois rocheuses. Parmi les espèces déterminantes, citons aussi tout un cortège d’espèces affectionnant les milieux ouverts à semi-ouverts avec l’Œdicnème criard, le Pipit rousseline, la Fauvette mélanocéphale et la Pie-grièche à tête rousse. S’ils sont tous nicheurs sur le site, les deux premiers cités recherchent les espaces dénudés, avec peu de végétation au sol tandis que la Fauvette recherche les patchs buissonnants et la Pie-grièche les espaces bocagers, avec des haies et des prairies. Citons enfin le Bruant ortolan, le Pigeon colombin et le Coucou geai, eux aussi possiblement nicheurs sur le territoire.
A cette liste s’ajoutent 21 espèces déterminantes en nidification mais qui ne sont connues sur le site que de façon ponctuelle, sans aucun indice de reproduction, tel le Faucon pèlerin, en période migratoire, comme le Busard des roseaux, le Pouillot fitis ou la Rousserolle effarvatte, ou en hivernage, avec par exemple la Pie-grièche méridionale, le Tichodrome échelette ou la Fauvette pitchou. Si elles demeurent remarquables, toutes ces espèces ne sont donc pas déterminante pour le site.
En herpétofaune, le site abrite une diversité intéressante, notamment en amphibiens avec presque toutes les espèces connues du département présentes. En ce qui concerne les espèces déterminantes, deux espèces d’amphibiens sont présentes sur le site : l’Alyte accoucheur (Alytes obstetricans) et le Triton marbré (Triturus marmoratus). Du côté des reptiles, plusieurs espèces déterminantes y sont connues au premier rang desquelles le Lézard ocellé (Timon lepidus), avec une belle population présente sur le causse. Les autres espèces remarquables sont la Vipère aspic (Vipera aspis), la Coronelle girondine (Coronella girondica) et la Couleuvre d’Esculape (Zamenis longissimus). Ces deux dernières sont citées historiquement du site et leur présence mériterait d’y être actualisée.
Chez les mammifères, notons la présence de la Loutre sur le Thoré en limite sud du site. Par ailleurs, le territoire abrite une richesse significative pour les chiroptères avec 16 espèces répertoriées, soit près de la moitié de la diversité régionale. Bien qu’aucune colonie ne soit connue à l’heure actuelle, la présence a minima de gîtes arboricoles est fortement suspectée. Parmi les espèces présentes, citons la Noctule commune, espèce déterminante qui semble fréquenter le site comme zone de chasse ou de transit mais qui pourrait être concernée par ces gîtes arboricoles du fait de son écologie.
L’entomofaune du site est particulièrement remarquable avec une diversité connue parmi les plus importantes du département du Tarn dans certains groupes comme les rhopalocères ou les orthoptères. Le cortège le plus notable est probablement celui lié aux pelouses sèches calcicoles. Ces habitats sont particulièrement favorables aux papillons de jour et à leur diversité. Sur le site, on retrouve ainsi un cortège lié aux pelouses très développé avec par exemple des espèces telles que la Zygène cendrée Zygaena rhadamanthus et l’Azuré du serpolet Phengaris arion, deux espèces protégées au niveau national, le Faune Hipparchia statilinus, l’Azuré du thym Psuedophilotes baton, le Nacré de la filipendule Brenthis hecate, la Zygène du panicaut Zygaena sarpedon ou la seule population départementale d’Hermite Chazara briseis. Quant aux prairies plus méso-hygrophiles situées dans les fonds de vallon, elles accueillent des espèces telles que le Damier de la succise Euphydryas aurinia ou le Miroir Heteropterus morpheus. D’autres espèces très peu connues dans le Tarn sont également présentes sur le site comme l’Hespérie du faux-buis Pyrgus alveus, le Thécla du kermès Satyrium esculi ou l’Hespérie du marrube Muschampia floccifera Au total, une vingtaine d’espèces déterminantes de papillons de jour sont connues sur le site.Un constat similaire peut être fait pour les orthoptères avec un cortège principal inféodé aux pelouses rases et aux zones écorchées avec des espèces comme le Criquet des rocailles Omocestus petraeus, le Dectique verrucivore Decticus verrucivorus, l’Oedipode souffrée Oedaleus decorus, le Sténobothre nain Stenobothrus stigmaticus ainsi qu’une des rares populations régionales de plaine de Sténobothre bourdonneur Stenobothrus nigromaculatus. Les zones plus arbustives et embroussaillées accueillent également le Barbitiste des bois Barbitistes serricauda et la Magicienne dentelée Saga pedo, espèce à affinité méditerranéenne protégée au niveau national.
En ce qui concerne les odonates, les enjeux se répartissent entre les espèces inféodées aux rivières, présentes sur le Thoré, telles que la Cordulie à corps fin Oxygastra curtisii, protégée au niveau national, ou la Cordulie métallique Somatochlora metallica, les espèces des fossés et des ruisseaux, comme l’Agrion de Mercure Coenagrion mercuriale, également protégé au niveau national, et les espèces liées aux mares, parfois temporaires, telles que le Leste verdoyant Lestes virens ou le Leste sauvage Lestes barbarus.
Le périmètre proposé est plus étendu que celui du site Natura 2000 (directive « Habitats »), et intègre des secteurs de pelouses sèches et des zones de nidification et d’alimentation d’Oedicnème criard (pelouses et zones ouvertes de l’ouest près de l’aéroport) ainsi que des zones de chasse des rapaces présents sur le site (Circaète, Aigle botté).
