La Vilaine prend sa source à Juvigné en Mayenne. Bien que longue de plus de 200 kilomètres, seuls les moulins présents sur les 39 premiers kilomètres sont présentés ici, de la commune de Juvigné à une partie de Saint-Aubin-des-Landes. Ainsi sur la partie amont de la Vilaine, 30 moulins ont été recensés : 11 moulins en Mayenne et 19 en Ille-et-Vilaine.
Le fleuve a connu plusieurs aménagements au cours du XXe siècle, notamment la construction en 1982 du barrage de la haute Vilaine et de son plan d'eau. Ces différents aménagements, en parallèle d'abandons ou de réutilisations du bâti, ont entrainé la disparition de plusieurs moulins. Ainsi, en 2022, seuls 15 moulins (50%) sont encore en élévation ; l'un est en ruine et les 14 autres sont détruits (carte 1). Certains moulins, comme le moulin Jouan ou d'Hamelin, ont néanmoins été détruits bien avant ces aménagements (ici, avant le début du XIXe siècle).
L'anthropisation de la Vilaine au cours des XXe et XXIe siècles se passe dans la continuité d'un mouvement initié plusieurs siècles auparavant. Sur les 30 moulins recensés, 28 (93,3%) sont mentionnés dans des sources dès l'Ancien Régime (carte 2), dont 3 dès le Moyen Âge : le moulin de Villecuite en 1401, le moulin Jouan en 1402 et le moulin de Malipasse en 1418. Pour autant, ce dernier pourrait même dater du XIIIe siècle.
Les nombreuses sources permettent de caractériser les moulins selon leur fonction (carte 3). Pour la majorité - 17 moulins (56,6%) - ce sont des moulins à farine. La présence de 4 moulins à tan (13,3%), dès le début du XIXe siècle, distingue la Vilaine de ses affluents, même si l'un d'entre eux, le moulin de Guicembert, est transformé en moulin à farine à la fin du siècle.
Selon la typologie établie à l'échelle du bassin hydrographique, une fracture est lisible entre les la Mayenne et l'Ille-et-Vilaine :
- la quasi-totalité des moulins mayennais sont des moulins de barrage (8 moulins, 26,6%) : accolés à un étang créé par un barrage, dans le but de stocker l'eau destinée à un usage ultérieur ;
- le type brétilien majoritaire est celui du moulin en bout de chaussée (14 moulins, 46,6%) : une chaussée barre l'entièreté de la rivière avec à son bout le moulin ;
- l'ille-et-Vilaine compté également 2 moulins à dérivation : leurs infrastructures hydrauliques sont nombreuses et coûteuses à mettre en place, le cours d'eau est dévié (l'eau est ainsi amené au moulin et restitué à la rivière par un canal de fuite).
La différence entre la Mayenne et l'Ille-et-Vilaine s'explique notamment par la variation de débit du cours d'eau. Un barrage est installé quand un moulin n'est pas alimenté suffisamment en eau : il est construit pour créer une retenue d'eau et ainsi la stocker pour des usages ultérieurs. En Mayenne, aucun affluent ne vient se jeter dans la Vilaine - le débit de la rivière est ainsi proche de celui d'un ruisseau - alors qu'en Ille-et-Vilaine, le ruisseau des Epronnières influence rapidement son débit, rendant inutile l'installation de barrages.
