Toulouse est située dans le Midi de la France, au nord du département de la Haute-Garonne, sur l’axe de communication entre la mer Méditerranée et l’océan Atlantique. Elle est située sur un coude de la Garonne qui, provenant des Pyrénées, s’oriente au nord-est avant de changer de direction au niveau de Toulouse pour se diriger au nord-ouest vers l’océan Atlantique. Vers le sud par temps clair, la chaîne de montagnes pyrénéenne est visible. C’est sur ce coude de la Garonne, carrefour naturel des voies de communication, que les premiers hommes à l’origine de Toulouse se sont implantés.
Le relief toulousain est marqué par la convergence des vallées d’affluents de la Garonne. L’Ariège au sud est dominée par les coteaux pentus de Vieille-Toulouse, qui dominent la ville sur le promontoire de Pech-David. L’Hers-Mort, qui se jette dans la Garonne au nord de Toulouse, forme une vaste plaine dite de « Lalande ». Elle est séparée à l’est par une ligne formée des collines de Montaudran et de Jolimont. À l’ouest de la ville, à bonne distance du centre-ville (six à sept kilomètres en moyenne), trois terrasses s’étagent pour atteindre les coteaux de Gascogne.
La rive droite de Toulouse se trouve sur une terrasse insubmersible sur laquelle la ville romaine s’est établie. C’est aussi sur cette terrasse que la ville marchande et commerciale de Toulouse s’est formée. De l’autre côté de la Garonne, se trouve la rive gauche avec l’ancien faubourg Saint-Cyprien, longtemps quartier pauvre car construit en dehors des remparts de la ville et en zone inondable : situé en contrebas de quelques mètres par rapport à la rive droite, le quartier Saint-Cyprien a souvent été soumis à de fortes inondations. Ainsi en 1875, le quartier Saint-Cyprien fut submergé par les eaux de la Garonne et plusieurs ponts furent emportés15. Cette situation basse explique l’évolution de la courbe du fleuve au fil des siècles du côté de la rive gauche, entre la rivière Touch qui se jette au nord de Purpan et l’actuelle chaussée du Bazacle.
Le canal du Midi, œuvre de Pierre-Paul Riquet, qui reprend une courbe artificielle de la Garonne vers la mer Méditerranée, remonte au sud-est la vallée de l’Hers-Mort et traverse la rive droite de la ville.
La commune de Toulouse a une superficie de 11 830 hectares, soit environ 1 300 hectares de plus que Paris et 7 000 de plus que Lyon, mais 13 000 de moins que Marseille.
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