Si on regarde une photographie aérienne de la Réserve, on remarque au premier coup d’œil que les ensembles forestiers dominent. Mais ils sont loin d’être uniformes et surtout, ils diffèrent en fonction de l’endroit où ils se trouvent.
Les versants exposés au sud sont dominés par des chênaies, quand sur les versants exposés au nord, on retrouve des hêtraies. Les fonds de vallons formés par les cours d’eau sont eux plus humides et offrent la possibilité à d’autres espèces, notamment les frênes, de se développer.
Dans les chênaies, le chêne sessile est une espèce spontanée sur les versants du territoire. Bien qu’il soit majoritaire sur ces pentes chaudes, il est généralement accompagné de chênes pédonculés, de châtaigniers, de charmes ou encore de pins sylvestres.
Au sein des chênaies-hêtraies, le hêtre a besoin de fraîcheur et d’une certaine humidité dans l’air. Les faibles précipitations et l’hygrométrie des versants sud ne lui permettent pas de se maintenir. En revanche, dès que les expositions sont un peu plus froides, il se développe sans problème. Comme pour la chênaie, on retrouve ici quelques chênes pédonculés, châtaigniers et pins sylvestres.
Dans les frênaies, les frênes ont besoin pour se développer d’une hygrométrie importante et de sols humides et riches en éléments nutritifs. Sur la Réserve, ils trouvent ces conditions sur bords des cours d’eau. La frênaie à polystic à aiguillons : Cet ensemble est lié aux versants abrupts des vallons encaissés. Frais et humides, ils sont idéaux pour le développement des frênes, mais aussi de fougères nommées polystics. Cette forêt n’est présente que sur deux localités de la Réserve. Elle est menacée à l’échelle européenne et fait ainsi l’objet d’une protection et d’un suivi particulièrement prioritaires.
Les prairies sèches ne représentent plus qu’à peine 2 % du territoire, l’un des enjeux principaux de la réserve vise à maintenir cette surface d'une grande biodiversité.
Les milieux naturels de la réserve sont marqués par une dynamique de colonisation des ligneux (arbustes et arbres) sur les milieux herbacés, se traduisant par une réduction de la surface de milieux dits « ouverts » du type prairies et pelouses, au profit de milieux dits « fermés » essentiellement constitués de fourrés et forêts. Ce phénomène s’explique par la déprise agricole qui a touché ces terres dès la moitié du XIXème siècle. La construction du barrage dans les années 1950 a eu raison des dernières petites fermes isolées. Les prairies sèches ne représentent plus qu’à peine 2 % du territoire et l’un des enjeux principaux des gestionnaires visent à maintenir cette surface, voire de l’augmenter : certaines sont remarquables et accueillent des espèces qu’on ne trouve pas ailleurs.
Les landes sont des milieux essentiellement composés de petits arbustes. Sur la réserve naturelle, elles couvrent presque 10% du territoire. Dans tout le cortège végétal, c’est le genêt purgatif qui domine. Ce genêt est une espèce des collines et montagnes ouest méditerranéennes, parfaitement adapté aux conditions de sécheresse passagère. Ainsi, il colonise facilement les dalles rocheuses ou les sols fins, surchauffés par le soleil en période estivale. Outre cet arbrisseau, on trouvera aussi de la callune ou « fausse bruyère », et la belle mais non moins toxique digitale pourpre.
Bien que les zones rocheuses s’étendent sur 10 hectares, les falaises verticales sont relativement rares. Ce milieu est peu propice au développement des végétaux, mais on retrouve quelques espèces très spécialisées et adaptées à ces conditions, dont certaines sont patrimoniales.
Au niveau de la Réserve naturelle, la Loire forme un plan d’eau de plusieurs kilomètres, créé par le barrage de Grangent, construit en 1955.
Le long de ce plan d’eau, la Loire reçoit plusieurs affluents :
Le principal est l’Ondaine, une rivière d’un peu moins de 20 kilomètres qui conflue avec le fleuve à la pointe Nord de la presqu’île des Échandes, à Unieux. Deux autres affluents, aux débits plus modestes, confluent en rive droite du fleuve.
Le ruisseau du Lizeron : son débit est relativement constant puisqu’il est soutenu par le rejet de la station d’épuration de Roche-La-Molière. Il se jette dans la Loire au niveau de la base nautique de Saint-Victor-sur-Loire.
Le ruisseau de Grangent : ses eaux sont claires et de bonne qualité, mais peu pérennes. Dès le début de l’été, il n’y a plus de débit sur la majeure partie de son cours. Il rejoint le Loire en face de l’île de Grangent.
Les roches granitiques qui composent le sous-sol de la réserve naturelle sont perméables. C’est donc de l’épaisseur de sol que va dépendre la présence ou non de nappes phréatiques. Elles sont globalement limitées sur le territoire et les cours d’eau précédents sont essentiellement alimentés par les eaux de pluies qui s’écoulent depuis les plateaux. Celles-ci forment des ruisseaux temporaires qui ne portent pas de nom, bien que leurs débits puissent être ponctuellement très importants.
Le département de la Loire est essentiellement soumis au climat dit continental. Au niveau des gorges de la Loire, ce climat continental est à l’interface de deux influences climatiques : méditerranéenne et océanique. Par endroit, on retrouve même des associations de ces influences qui forment des microclimats tout à fait particuliers.
La Réserve naturelle est aux confins de trois régions géologiques bien différentes :
C’est le granite de ce dernier que l’on retrouve sur le site. Il s’agit d’une roche qui s’est formée en profondeur.Mais aujourd’hui, avec l’érosion qui a balayé les sols en grande partie, on le voit affleurer en plusieurs endroits. Ailleurs sur le territoire, l’épaisseur d’humus est relativement variable.
Quand elle traverse le département, la Loire coule globalement du sud vers le nord. Mais étant donné les multiples méandres que l’on retrouve sur son cours et le relief de la réserve, le territoire propose des versants exposés aux quatre points cardinaux. Cette diversité dans les expositions induit des différences de température, de durée d’ensoleillement, d’humidité,… tant de facteurs qui influent sur la présence ou non de certaines espèces.
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