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Longue de 54 km, la Diège est un affluent moyen de la Dordogne aux eaux vives et pratiquement épargné par les installations hydro-électriques. La ZNIEFF englobe une partie de sa vallée, depuis la commune de Saint-Setiers en amont jusqu'à celle de Chaveroche plus en aval.
Outre son lit, les habitats qu'elle côtoie ou génère sont diversifiés et bien préservés : hêtraies acidiphiles, aulnaies marécageuses, saulaies, landes humides, landes sèches, prairies paratourbeuses, lentilles tourbeuses, mégaphorbiaies submontagnardes, pelouses...
Par ailleurs, les habitats forestiers (hêtraies, chênaies de pentes) sont essentiellement composés de vieux arbres, parfois sénescents, favorables au développement d'une faune invertébrée saproxylique mais aussi au cortège des oiseaux forestiers cavernicoles (Pic noir Dryocopus martius, Pigeon colombin Colomba oenas...). On peut ainsi noter un grand nombre de très gros arbres morts sur pied et couchés, caractéristiques d'une gestion peu interventionniste sur ces boisements en bon état de conservation écologique.
Au plan botanique, plusieurs espèces sont à noter qui caractérisent parfaitement l'étage collinéen supérieur limousin : Vératre blanc, Arnica des montagnes, Fougère des montagnes, Oeillet sylvestre, Renouée bistorte, Doronic d'Autriche, Gentiane jaune, Laser à larges feuilles, Jasione vivace, Knautie d'Auvergne, Séneçon fausse-cacalie, Pâturin de Chaix, Géranium des prés, Erythrone dent-de-chien...
Ce dernier présente une importante population sur ce secteur (> 4 000 individus) ce qui constitue un très fort enjeu pour l'espèce à l'échelle régionale.
On peut également citer le cortège des espèces turficoles, très bien représenté ici alors qu'il est en raréfaction ailleurs en Limousin et plus globalement en Nouvelle-Aquitaine (Linaigrette engainante, Rhynchospore blanc, Rossolis à feuilles rondes, Parnassie, Gentiane pneumonanthe...
Au plan faunistique, cette vallée abrite des espèces d'une grande rareté comme la Moule perlière (Margaritifera margaritifera). Cette espèce est en voie de disparition un peu partout en France et sa présence témoigne d'une eau de grande qualité et de milieux connexes peu perturbés. La Diège est aussi une rivière fréquentée par la Loutre d'Europe (Lutra lutra), le Chabot (Cottus perifretum) et la Truite fario (Salmo trutta fario), autres témoins de la qualité de cette rivière. On trouve également dans les landes sèches périphériques des espèces rares chez les invertébrés comme ce criquet, l'oedipode stridulante (Psophus stridulus) et les papillons avec le Faune (Hipparchia statilinus) et l'Azuré des mouillères (Maculinea alcon alcon) mais aussi chez les vertébrés : l'Engoulevent d'Europe (Caprimulgus europaeus), oiseau typique des landes sèches. Le Busard Saint-Martin (Circus cyaneus) fréquente cette ZNIEFF qui abrite également plusieurs couples de Pie-grièche grise (Lanius excubitor) ; cette dernière hiverne également dans cette vallée.
Le périmètre de la zone a été largement augmenté par rapport à l'ancien périmètre, puisqu'il a été étendu en amont jusqu'à St-Sétiers, permettant ainsi d'intégrer un SIEM (Site d'Interet Ecologique Majeur du PNR de Millevaches en Limousin). Ainsi la vallée du ruisseau de Sirieix et, surtout, une longue partie amont (depuis Sornac jusqu'à St-Sétier) présentant un continuum de landes et tourbières, ont également été intégrées, aboutissant à un doublement de la surface en ZNIEFF. Au niveau de la tête du bassin, les principaux bras du chevelu consitutant la zone de source Ruisseau de Ganema, Ruisseau de Saint-Setiers et quelques autres petits affluents, ont également été intégrés car il contribuent évidement au fonctionnement hydrologique du cours d'eau et des zones humides connectées.
