Le Luxembourg est l’un des plus petits pays d’Europe, se classant au 168e rang parmi les 194 pays indépendants du monde; il a une superficie d’environ 2 586 kilomètres carrés, mesurant 82 km de long et 57 km de large. Il se situe entre les latitudes 49° et 51° Nord et les longitudes 5° et 7° Est.
À l’est, le Luxembourg borde les Länder allemands de Rhénanie-Palatinat et de Sarre, et au sud, il borde la région française du Grand Est (Lorraine). Le Grand-Duché borde la Wallonie belge, en particulier les provinces belges de Luxembourg et de Liège, dont une partie comprend la Communauté germanophone de Belgique, respectivement à l’ouest et au nord.
Le tiers nord du pays est connu sous le nom d’Oesling et fait partie des Ardennes. Elle est dominée par des collines et des montagnes basses, dont le Kneiff près de Wilwerdange, qui en est le point culminant, à 560 mètres. D’autres montagnes sont le Burrigplatz à 559 mètres près de Huldange et le Napoléonsgaard à 554 mètres près de Rambrouch. La région est peu peuplée, avec une seule ville (Wiltz) avec une population de plus de cinq mille personnes.
Les deux tiers sud du pays s’appellent le Gutland et sont plus densément peuplés que l’Oesling. Il est également plus diversifié et peut être divisé en cinq sous-régions géographiques. Le plateau luxembourgeois, dans le centre-sud du Luxembourg, est une grande formation plate de grès et le site de la ville de Luxembourg. La Petite Suisse, à l’est du Luxembourg, a un terrain escarpé et des forêts épaisses. La vallée de la Moselle est la région la plus basse, longeant la frontière sud-est. Les Terres rouges, à l’extrême sud et sud-ouest, sont le cœur industriel du Luxembourg et abritent plusieurs des plus grandes villes du Luxembourg.
La frontière entre le Luxembourg et l’Allemagne est formée par trois rivières : la Moselle, la Sûre et l’Our. Les autres grands fleuves sont l’Alzette, l’Attert, la Clerve et la Wiltz. Les vallées de la moyenne Sauer et de l’Attert forment la frontière entre le Gutland et l’Oesling.
Le Luxembourg n’a pas un climat parfaitement défini : il oscille entre le climat océanique de la zone atlantique (écarts saisonniers faibles, hivers doux et pluvieux) et le climat continental des plaines de l’Europe orientale (écarts saisonniers marqués, hivers rudes et étés pluvieux). L’influence océanique amène des précipitations en toute saison et l’influence continentale amène un froid piquant et sec l’hiver. De mai à la mi-octobre, le climat est tempéré. Juin, juillet et août sont les mois les plus chauds ; juillet et août souvent les plus ensoleillés. En septembre et octobre, le Luxembourg connaît souvent son propre « été indien ». La température moyenne annuelle est de 9,4 °C, elle oscille entre −2,6 °C et 21,6 °C (1981-2010). De légères variations de température existent entre le nord et le sud du pays ; elles sont dues à une différence d’altitude et se situent autour de 2 °C.
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