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Le Taillefer appartient aux massifs cristallins externes des Alpes dauphinoises, et forme une extension de celui de Belledonne. Sa structure en bloc basculé en constitue une des particularités géologiques. Outre une grande richesse minéralogique révélée par les échantillons extraits aux mines d’Oulles, la juxtaposition de substrats carbonatés et siliceux contribue à une forte diversité botanique. Mais l’aspect le plus remarquable du site réside dans la variété des types d'habitats naturels de lacs, tourbières et marais d’altitude (notamment au Rif Garcin). On peut citer ainsi les tourbières hautes (ou « hauts-marais »), et celles de transition. Les hauts-marais se forment grâce à l'action de mousses spécifiques, les sphaignes. Tandis que croît la partie supérieure de la mousse, sa partie inférieure périt et se transforme en tourbe. C’est ainsi que se forme lentement une épaisse couche de tourbe, qui s’élève au-dessus de la nappe phréatique. La préservation de ces milieux naturels est considérée comme prioritaire au niveau européen en raison de la richesse de leur patrimoine floristique, faunistique, écologique et palynologique. De plus, de tels ensembles de zones humides deviennent rares à proximité immédiate des Alpes du sud. La flore associée est remarquable, avec des espèces telles que la Laîche des bourbiers, le Dactylorhize de Traunsteiner, Pesse d’eau, plusieurs potamots…De nombreuses espèces alpines de grand intérêt sont également représentées en dehors de ces milieux humides remarquables (Saussurée discolore…). En matière de faune, batraciens et libellules sont bien représentés, de même que les galliformes de montagne (Lagopède alpin, Perdrix bartavelle, Tétras-lyre)... Les lacs sont en outre peuplés par l’Omble chevalier.
