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En dépit de sa faible altitude (elle ne culmine qu’à 1155 m), la montagne bourbonnaise présente un grand intérêt naturaliste. Constituant l’extrême prolongement au nord du massif du Forez, elle offre en effet une position biogéographique originale, au carrefour d'influences montagnardes et atlantiques, ces dernières s’exprimant en général de façon très dégradée en région Rhône-Alpes.
Un certain nombre d'espèces présentes dans l'ouest du Massif Central, voire dans le massif armoricain, atteignent en effet ici leur limite orientale de répartition (Pavot du Pays de Galles, Wahlenbergie à feuilles de lierre…). A l’inverse, quelques espèces montagnardes occupent dans les monts de la Madeleine des stations excentrées, complètement isolées de leur aire de répartition principale (Ail victorial, Pipit spioncelle, Chouette de Tengmalm…).
Le climat montagnard est en outre favorable au développement des forêts et de tourbières, ces dernières étant d’ailleurs répertoriées parmi les principales zones humides du bassin hydrographique Loire-Bretagne.
Ces tourbières abritent une flore de très grand intérêt, comportant de nombreuses espèces remarquables (Andromède à feuille de polium, Laîche pauciflore, Airelle à petit fruit et Canneberge…).
Globalement, la faune demeure très diversifiée, avec un cortège également conséquent d’espèces déterminantes parmi les batraciens (crapaud Sonneur à ventre jaune, Triton Alpestre…), les chiroptères et les insectes (libellules, papillon Cuivré de la bistorte, Thécla de l’orme…). Parmi ces derniers, certaines espèces propres au Massif Central (coléoptères…) possèdent ici leurs rares stations régionales.
Le zonage de type II souligne les multiples interactions existant au sein de cet ensemble, dont les espaces les plus représentatifs en terme d’habitats ou d’espèces remarquables sont retranscrits par plusieurs zones de type I (tourbières et ruisseaux notamment, formant un réseau au fonctionnement étroitement interdépendant).
Il traduit également particulièrement les fonctionnalités naturelles liées à la préservation des populations animales ou végétales, en tant que zone d’alimentation ou de reproduction pour de nombreuses espèces, dont celles précédemment citées.
Il met l’accent sur les connections à ménager avec d’autres massifs limitrophes (Bois Noirs et Forez…).
Il souligne de plus le bon état de conservation général de certains bassins versants, en rapport avec le maintien de populations d’Ecrevisse à pattes blanches, espèce réputée pour sa sensibilité particulière vis à vis de la qualité du milieu.
L’ensemble présente par ailleurs un intérêt biogéographique et paysager.
