Relief du Bassin rennais
La ville de Rennes se trouve au centre d'un bassin aux légers rebords, formé par l’affaissement du massif armoricain au début du Cénozoïque. Le bassin a été rempli par la mer au Miocène (Mer des Faluns), ce qui explique l'importance des roches sédimentaires comme le schiste. Ce micro-bassin sédimentaire fut formé au Tertiaire lors d’une grande phase d’extension généralisée à l’échelle du territoire. Comme beaucoup d’autres du même acabit en Bretagne, il a accumulé des sédiments durant cette période. Cependant, des mesures géophysiques ont mis en évidence depuis les années 1950 un remplissage particulièrement épais, de l’ordre de 500 m. Bien que globalement plat – l'altitude de la commune est comprise entre 20 et 74 mètres – le relief de la commune est marqué par les vallées creusées par la rivière Ille et le fleuve Vilaine. Le Bureau de recherche géologique et minière (BRGM) a réalisé en 2010 un forage descendant à 675 mètres à Chartres-de-Bretagne. C’est le forage le plus profond jamais creusé dans la région et de façon générale un type d’opération devenu rare de nos jours en France.
Grâce à ce forage, le BRGM a accédé directement aux archives géologiques de 540 millions d’années. Le premier dépouillement de ces données en collaboration avec l’Université de Rennes 1 a permis de lever plusieurs mystères. On sait désormais que le bassin sédimentaire rennais atteint à cet endroit 405 mètres de profondeur. Cette épaisse couche est faite en majorité d’argiles, parfois riches en matière organique, et à sa base d’un niveau sableux. Les roches datent du Lutétien (environ - 43 millions d’années). Juste en-dessous se trouve le socle datant du Briovérien (environ – 540 millions d’années). La Bretagne était bien une île pendant le Jurassique et le Crétacé, entre 200 et 80 millions d’années, avant que ne se forme le bassin qui accueillit un lac où les argiles s’accumulèrent des millions d’années durant.
Le site choisi pour la fondation de la ville fut celui d’un promontoire dominant le confluent de l'Ille et de la Vilaine (à l'emplacement marqué "Rennes" sur la carte). Le développement de la ville s'est tout d’abord fait sur les terrains hauts au nord de la Vilaine ; les terrains marécageux situés au sud du fleuve n'ont été urbanisés qu’au 15e siècle mais le relief n'a jamais constitué un frein au développement urbain. Par rapport à de nombreuses grandes villes françaises, Rennes n'offre pas un site à relief caractéristique offrant des vues plongeantes, même si monter la rue Gambetta et le contour de la Motte nécessite quelque effort au piéton et au cycliste. La ville s'est progressivement développée de part et d'autre des cours d'eau pour s'étendre au 20e siècle sur les hauteurs environnantes : plateau du Haut-Quineleu, au sud de la gare, hauteurs de Maurepas et de Villejean, au nord-est et au nord-ouest du centre-ville. C'est en abordant le bassin, au sud de Pont-Réan, hors des limites de la carte, que l'on constate le mieux ses rebords.