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Cet ensemble naturel, comme le Massif de la forêt de Saoû est certainement le plus vaste et le plus riche du secteur. Il constitue avec un autre situé plus à l’ouest le plus grand ensemble fonctionnel pour la grande faune au sud-ouest du Vercors. Les gorges d’Omblèze sont profondes, formées de grandes falaises calcaires. La Gervanne, rivière d'eau pure coule en leur fond. Longue de trente kilomètres, elle prend sa source au pied du col de la Bataille et forme une chute de soixante-douze mètres de haut à la sortie des gorges, le Saut de la Druise. La Vallée de la Gervanne est marquée par la présence d’un karst très puissant, avec notamment une importante résurgence vauclusienne, la source des Fontagnieux de Beaufort. Le Plateau de Vellan est un site encore sauvage situé dans le Vercors méridional, c'est un plateau calcaire, entouré de grandes falaises. Treize espèces végétales remarquables ont été recensées sur l'ensemble du site (gorges et plateau), les plus remarquables étant les genévriers : Genévrier thurifère et Genévrier de Phénicie, présents à proximité des falaises ou des éboulis. Dans les Gorges d’Omblèze, les habitats naturels les plus précieux du site sont les grandes cascades de tuf, pouvant dépasser cent mètres de hauteur, situées pour la plupart dans les falaises de la rive droite. Elles sont constituées d’une douzaine de sources calcaires pétrifiantes à bryophytes (mousses) avec formations actives de tuf calcaire, ou travertin, roches calcaires présentant des cavités garnies de cristaux. La formation de tuf s’observe quand l’eau souterraine du karst est saturée de calcaire et de gaz carbonique. Lors de sa sortie à l’air libre, le gaz carbonique, sous l’effet de l’activité d’assimilation des algues et des mousses, s’associe au calcium présent dans les roches calcaires, pour former du carbonate de calcium, qui précipite au contact de l’eau et façonne, alors, des concrétions sur les plantes et dans le lit du ruisseau. Les formations tufeuses sont d’une grande fragilité. Pour qu’elles se développent, il faut que l’intensité de la précipitation l’emporte sur la force de l’érosion. Certaines cascades dans les gorges sont constituées de véritables terrasses de tuf en continuelle croissance. Ce développement est dû pour une bonne part à l’action des mousses incrustantes du genre Cratoneuron. La protection de tels milieux naturels est considérée comme un enjeu prioritaire au niveau européen. Quand les sources sont actives, ces mousses sont accompagnées par des espèces des "bas-marais" (marais tout ou partie alimentés par la nappe phréatique), des laîches en particulier. Une des plantes caractéristiques du site est une petite plante carnivore, la Grassette commune. Sur les dépôts de tuf fossilisé, la végétation est composée de plantes de pelouses calcaires. Le tuf est une roche qui était autrefois utilisée comme pierre de taille pour les constructions et monuments, notamment dans la vallée. Ces formations, généralement confinées en petits éléments, présentent ici un développement remarquable, sur une superficie de l'ordre de quinze hectares. Pour conserver ces habitats relativement restreints en superficie, il est indispensable de conserver également les habitats associés et le système hydrologique dans son ensemble : plateau du Vellan, Pescher et plateau d'Anse. Deux espèces de rapaces rares et une grande colonie de Martinet à ventre blanc se reproduisent dans les plus grandes falaises. Le plus prestigieux est l'Aigle royal dont la présence dans les gorges d’Omblèze est connue depuis plus d'un siècle. Les passereaux nicheurs sont également d'une grande diversité, notamment sur le versant du hameau d'Ansage. Les plus intéressants sont le Tichodrome échelette qui se reproduit ici en basse altitude, et la Fauvette pitchou et la Fauvette orphée qui sont des passereaux méditerranéens parvenant ici en limite de leur aire de répartition géographique. L'ensemble de la vallée présente de très fortes potentialités pour les ongulés sauvages. Chamois, Chevreuil, Cerf élaphe y sont bien présents et la vallée sera probablement colonisée un jour par le Bouquetin des Alpes. Le Plateau de Vellan recueille les eaux pluviales qui alimentent de nombreuses sources et notamment les tuffières des gorges d'Omblèze. L'extension du site délimité vers le nord est donc justifiée pour la protection des sources dans les gorges. Plusieurs espèces végétales protégées y sont présentes, notamment la Raiponce de Charmeil et la Lunetière à tige courte. L'observation du Grand Ephèdre est remarquable bien qu'il ne s'agisse pas d'une espèce protégée, celle-ci compte en effet moins de dix stations dans la Drôme. Ce plateau constitue également une zone de quiétude pour la faune : le site est favorable à la reproduction de grands rapaces comme le Circaète Jean-le-Blanc et espace d'extension potentiel pour les populations de cerfs du massif du Vercors.
