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Les objectifs assignés à l’Arboretum à sa création sont de plusieurs ordres :

• Le premier objectif est pédagogique. Il était souhaitable de disposer, à proximité de l’École forestière (1824), des collections dendrologiques qui permettent aux élèves de se familiariser avec les principales essences forestières spontanées et introduites. À cette époque, une voie ferrée d’intérêt local dessert le hameau de La Bouzule depuis la gare de Nancy, ce qui facilitait les déplacements des élèves. Aujourd’hui l’Arboretum ouvre ses portes au grand public et aux groupes scolaires, afin de les instruire et de les sensibiliser aux nouveaux enjeux de la forêt. C'est un lieu important pour l'enseignement forestier et un espace de découverte, de contact avec l'incroyable diversité des arbres du monde (dont il ne reflète qu'une infime partie). 

• Le deuxième objectif est sylvicole. L’Arboretum doit servir à connaître le comportement d’essences exotiques ou nouvelles de la région Lorraine. Même si à cette époque, en effet, l’utilisation d’espèces exotiques pour l’enrichissement des forêts françaises est loin de faire l’unanimité. Ainsi, Auguste Mathieu, professeur d’histoire naturelle à l’École forestière et auteur d’une flore forestière qui connaît quatre éditions dans la deuxième moitié du XIXème siècle, n’est pas favorable à ces plantations d’arbres exotiques. Pourtant la culture des forêts était un besoin pour alimenter nos foyers en bois. Aujourd'hui, l'Arboretum est un espace de collection et d'observation et non d'exploitation. À part lors des destructions provoquées par la tempête de 1999, où près de 2000 tiges de bois ont été récupérées, l'Arboretum n'a aucun enjeu économique comme la sylviculture pourrait le supposer. 

• L’Arboretum a également un rôle social puisque depuis 1997 il est le support d’actions Ville-Vie-Vacances. L’objectif de ce projet élaboré par le centre d’accueil éducatif de Nancy, est d’organiser, pendant les vacances scolaires, l’encadrement de jeunes relevant de décisions judiciaires et de leur permettre d’établir une relation différente avec la société. En participant à l’entretien de l’Arboretum, ils font l’apprentissage d’une vie collective et s’engagent individuellement au service d’un travail d’utilité publique, qui leur permet également de bénéficier d’une indemnité financière.

• Le quatrième objectif est d’aider la faune. L’Arboretum est non seulement un espace d’expérimentation mais aussi d’observation et de refuge pour la faune. Des arbres morts encore debout subsistent, permettant à certains insectes xylophages mais aussi aux oiseaux d’y trouver le refuge ou le couvert. Ainsi 38 espèces d’oiseaux avaient été recensées avant la tempête de 1999, mettant ainsi en évidence la diversité des essences forestières, la mosaïque des peuplements et la diversité des espèces qui en découlent. Des tas de bois au sol permettent aux micromammifères de trouver un logis. Le pourtour de la mare n’est pas fauché, permettant à la régénération naturelle de s’installer. Une fauche tardive permet aussi d’observer plus facilement les papillons ou autres insectes pollinisateurs.

• La dernière mission de l’Arboretum est de nature scientifique. Ce nouvel intérêt est apparu depuis environ un siècle et est dû à l’augmentation de la température moyenne de l’hémisphère Nord. Ces modifications de température pourraient entraîner des sécheresses estivales plus longues et plus intenses. L’enjeu est alors de prévoir l’introduction dans l’Arboretum d'espèces thermophiles afin de pouvoir anticiper leur comportement en Lorraine en cas de réchauffement climatique. L’étude de ces nouvelles espèces pourrait aussi permettre de mesurer une éventuelle dérive climatique.