L'étang de Grand-Leez trouve son origine dans l'ennoiement d'une sablière ouverte en 1970 pour fournir le sable nécessaire à la construction de l'assise de la nouvelle autoroute E411 (ou autoroute des Ardennes), alors en plein chantier entre Daussoulx et Thorembais. L'extraction s'est poursuivie pendant plusieurs mois sur une surface totale de 7,5 ha et jusqu'à une profondeur de 25 m. La carrière s'étendait alors de la lisière du bois de Grand-Leez jusqu'à la rue du Warichet. La présence de sources souterraines a fortement compliqué l'exploitation du sable puisqu'il a fallu mettre en place des dispositifs de pompage qui fonctionnaient jour et nuit. Une fois la carrière arrêtée, l'eau a rapidement envahi la fosse en créant un vaste étang, en 1972. La partie nord a entretemps été comblée avec des terres de mauvaise qualité provenant du chantier de l'autoroute et un terrain de football y a été aménagé.
Durant les années 1990, A. Remacle, dans le cadre de l'inventaire des sablières et carrières désaffectées de la Région wallonne, décrivait ainsi le site: «Cette ancienne sablière est localisée au nord-est du village de Grand-Leez, le long de la route Grand-Leez - Aische-en-Refail. On y a extrait, très brièvement, des sables tertiaires du bruxellien. Le site est composé d'un étang de pêche très fréquenté, parallèle à la route Grand-Leez - Aische-en-Refail; celui-ci est bordé vers la route et le nord-est par une zone herbeuse fauchée et partiellement plantée d'arbres surtout ornementaux, et vers le sud-ouest et le sud-est par un talus herbeux, arboré par endroits, hauts de 6 à 10 m. Le talus sud-est, le plus élevé, est en partie intégré dans une pâture. Un sentier fait le tour de l'étang. Vers le nord-est, au même niveau que la route, un terrain de football avec bâtiment a été aménagé; ce secteur est limité vers le sud-est par un talus arboré prolongeant celui de l'étang. Le caractère sableux de cette ancienne sablière temporaire est extrêmement faible: quelques zones de sol nu le long de la pièce d'eau et sur le talus sud-est. Fréquentation du site forte (pêcheurs, promeneurs). Environnement du site: pâtures vers le sud-est, bois de Grand-Leez au nord-est; nouveau quartier résidentiel.»
En définitive, le plan d'eau couvre une superficie de près de 3 ha et sa profondeur atteint probablement les 20 m. Il est de forme vaguement rectangulaire, s'étalant sur 250 m dans l'axe SW-NE et 140 m dans l'axe SE-NW. Logé dans une cuvette, il s'inscrit dans le paysage agricole faiblement vallonné de la Hesbaye, largement dominé par les cultures industrielles (betteraves sucrières, froment, etc.). L'étang se trouve à une altitude de 160 m.
Du point de vue biogéographique, le site appartient à la région atlantique et au district phytogéographique brabançon.
Peu d'informations sont disponibles sur la flore présente sur le site de l'étang de Grand-Leez et son évolution au cours du temps, notamment en ce qui concerne la végétation aquatique.
A la fin des années 1980 et au tout début des années 1990, des herbiers aquatiques formés surtout de Myriophyllum spicatum existaient dans la partie "en réserve", à l'est de l'étang (obs. J.-Y. Baugnée). Dans la partie accessible aux pêcheurs, ces plantes étaient régulièrement éliminées car elles gênaient la pratique de la pêche à la ligne. Cette végétation ne semble plus guère présente actuellement...
En 1994-95, A. Remacle, dans le cadre de l'inventaire des sablières et carrières désaffectées de la Région wallonne, décrivait le milieu en ces termes: "Cette ancienne sablière réaffectée en étang de pêche très fréquenté et en terrain de football présente un intérêt biologique très mineur. Son rôle de refuge pour les Hyménoptères Aculéates fouisseurs s'est réduit par suite de la couverture croissante du sol. L'étang voit régulièrement nicher que le grèbe huppé et sert de reposoir et de site d'hivernage pour un petit nombre d'oiseaux d'eau. Le talus sud-est est plus ou moins arboré selon les endroits. L'espèce dominante est Salix caprea. Dans la partie nord-est peu profonde de l'étang, une petite bordure de végétation palustre se développait en 1994-95 dans la zone de battance des eaux, avec Juncus effusus, J. inflexus, J. bufonius, Veronica beccabunga, Bidens sp,..."
Le rapport du PCDN de Gembloux (TAYMANS et al., 2009) indique que, malgré sa forte fréquentation par les pêcheurs et promeneurs, "ses berges ont un aspect néanmoins relativement naturel et permettraient la mise en place d'aménagements en faveur de la biodiversité. On y retrouve actuellement le jonc épars (Juncus effusus), la véronique aquatique (Veronica beccabunga), la flouve odorante (Anthoxanthum odoratum), etc. Les falaises sableuses (berge sud) abritent quant à elles quelques espèces intéressantes, telles que l'épipactis à larges feuilles (Epipactis helleborine), une plante protégée en Wallonie."
En 2012, l'espace herbeux s'étendant entre la route de Grand-Leez - Aische-en-Refail et le talus de l'étang a été aménagé pour l'accueil du public, avec installation de bancs, places de parking, plaine de jeux, sentiers, et plantations d'arbres et arbustes ornementaux. Dans le même temps, les berges ont été consolidées en grande partie par des structures en gabions afin de faciliter l'accès aux postes de pêche.
Une nouvelle évaluation a été réalisée en 2013 par des étudiants architectes paysagistes de Gembloux Agro-Bio Tech (ALLEAUME et al., 2013), mais les inventaires se sont révélés très minimalistes, n'apportant guère de données nouvelles.
L'intérêt faunistique a été initialement documenté par A. Remacle, sur base d'observations recueillies au cours des années 1990:
- Oiseaux: malgré sa forte fréquentation, ce site exerce une certaine attractivité à l'égard des oiseaux d'eau: nidification de Podiceps cristatus; reposoir surtout hivernal pour anatidés, laridés et Fulica atra.
- Hyménoptères Aculéates: le site abrite de moins en moins de nids d'espèces fouisseuses, par suite du développement sur les talus de la végétation herbacée et ligneuse. Il subsistait dans les années 1990 au moins une petite agrégation de nids d'Andrena clarkella et d'A. fulva.
Depuis lors, l'information s'est améliorée, notamment du fait que l'étang de Grand-Leez est repris parmi les sites régulièrement suivis lors des recensements hivernaux d'oiseaux d'eau en Wallonie, et du développement, à partir de 2007, des portails d'encodage des données naturalistes (Observations.be, DEMNA, Biogeonet, etc.).
Ainsi, pas moins de 50 espèces d'oiseaux ont été notées sur le site au cours de la dernière décennie. Les espèces aquatiques nicheuses sont principalement le grèbe huppé (Podiceps cristatus) et le canard colvert (Anas platyrhynchos), qui sont aussi hivernants locaux. En ce qui concerne le grèbe huppé, l'étang de Grand-Leez fut le premier site occupé en Hesbaye par l'espèce qui y niche annuellement depuis 1975, malgré des actes de vandalisme parfois constatés à son égard. D'autres espèces sont des visiteurs réguliers, toute l'année ou seulement durant les migrations: le héron cendré (Ardea cinerea), le martin-pêcheur d'Europe (Alcedo atthis), le grand cormoran (Phalacrocorax carbo), la mouette rieuse (Chroicocephalus ridibundus), le foulque macroule (Fulica atra), la gallinule poule-d'eau (Gallinula chloropus), le chevalier guignette (Actitis hypoleucos).
L'ouette d'Égypte (Alopochen aegyptiaca) est la principale espèce exotique qui fréquente les abords du site. La bernache du Canada (Branta canadensis) semble moins souvent aperçue.
L'étang voit parfois apparaître des hôtes beaucoup plus rares, comme cette hirondelle rousseline (Cecropis daurica) aperçue en mai 2002 et, plus récemment, une échasse blanche (Himantopus himantopus) en halte fin avril 2020 (cf. obs.be).
Outre l'avifaune, l'étang est également utilisé par les petits mammifères volants que sont les chauves-souris. Au moins trois espèces y ont été détectées ces dernières années en chasse au-dessus de l'eau, dont le murin des marais (Myotis dasycneme), espèce migratrice rare qui ne se reproduit pas en Wallonie.