vignette|Arc-en-ciel vu d'un planeur. Le vol à voile consiste à s'élever dans les airs par la seule force des courants atmosphériques, à l'image de ce que pratiquent les oiseaux voiliers, que ce soit grâce à des ascendances thermiques (mues par l'énergie solaire) ou en utilisant des effets dynamiques (effet de pente, onde de ressaut ou vol de gradient).
En tant que sport, le terme s'applique particulièrement au vol en planeur, dont les adeptes sont appelés vélivoles, mais la technique utilisée par les pratiquants du « vol libre » en deltaplane ou parapente est identique.
Qu'elle soit de loisir ou de compétition, la pratique du vol à voile consiste à exploiter au mieux les « ascendances », pour prolonger le vol, gagner de l'altitude, parcourir de grandes distances le plus vite possible.
Certains vélivoles apprécient la liberté, le plaisir esthétique et la joie de maîtriser leur machine, d'autres se concentrent sur leur performance en compétitions. Ces concours confrontent les capacités des pilotes et copilotes (dans le cas de machines biplaces) à reconnaître et utiliser les conditions aérologiques pour effectuer à la plus grande vitesse possible, chaque jour, un circuit donné en fonction des conditions météorologiques.
Les planeurs effectuent couramment des vols de 5 à 10 heures, évoluant de 1000 à d'altitude en plaine (jusqu'à en montagne), et parcourant des distances de 500 à . Les records du monde suivants ont été réalisés : durée : 56 heures et 15 minutes (établi en 1952, les records de durée n'étant plus reconnus depuis) altitude : distance libre avec 3 points de virage : vitesse sur circuit triangulaire de : La voltige en planeur, elle, ne fait pas appel aux courants ascendants, sauf exception, mais seulement au vol plané après remorquage par avion.
Histoire
L'histoire du vol à voile se confond avec celle de l'aviation car les premiers êtres humains à voler sur un aéronef plus lourd que l'air le firent sur des planeurs.. Parmi ceux-ci George Cayley, Otto Lilienthal, les frères Voisin, les frères Wright et, moins connu, un Français, le général Guillaume Resnier, qui fut ingénieur, officier du génie. Guillaume Resnier réalise à Angoulême (Charente), bien avant Otto Lilienthall, un vol avec une aile de sa fabrication. Il se jette du haut de la tour Ladent, plane , franchit la Charente et se casse une jambe en atterrissant. Effectué en 1801 devant un public nombreux, ce vol est attesté par la pose d'une plaque commémorative inaugurée le par Philippe Mottet, maire d'Angoulême, sur le rempart de Beaulieu. Une plaque du syndicat d'initiative posée en 1931 fixait la date de ce vol en 1806. Ce vol avait été précédé par une autre tentative au départ du pont de Saint-Cybard (hauteur ) qui s'était terminé dans la Charente plus loin, soit, une finesse de 10. George Cayley conçut et construisit un appareil non motorisé plus lourd que l'air sur lequel il fit courageusement voler son cocher pour le tester (le nom du dit cocher est hélas perdu pour l'Histoire), cela eut lieu à Brompton, près de Scarborough, dans le Yorkshire, en 1853, mais ce témoignage n'est pas suffisant pour véritablement faire de George Cayley un vélivole. Otto Lilienthal effectua entre 1891 et 1896 deux mille vols planés attestés depuis une colline artificielle à proximité de Berlin et qui lui permirent de rédiger son traité sur Der Vogelflug als Grundlage der Fliegekunst - Le vol de l'oiseau, bases de l'art du vol paru en 1889. Il est incontestablement reconnu par tous les vélivoles de la planète comme le vrai pionnier du vol sur un appareil plus lourd que l'air. Les pratiquants de l'aile delta peuvent aussi à juste titre s'y référer. Les frères Wright, après avoir construit une soufflerie pour pouvoir mener leurs calculs et après avoir analysé les travaux de Cayley et de Lilienthal, s'installèrent à Kitty Hawk en Caroline du Nord, afin de poursuivre leurs travaux aéronautiques et ils expérimentèrent leurs choix avec des planeurs entre 1901 et 1902, avant de se lancer dans l'aventure de l'aérodyne à dispositif d'envol incorporé aussi appelé 'avion'. Ils sont mondialement reconnus pour avoir été les premiers aviateurs à avoir réalisé le premier vol d'une machine plus lourde que l'air, contrôlable et possédant un dispositif d'envol.
Il s'agit là de vols planés. Le vol à voile comporte, en plus, la notion d'exploitation des ascendances et de la prise d'altitude. Aimé Grasset réalise le premier voyage en vol thermique sur avion, de Buc à Issy-les-Moulineaux, le . La pratique du vol sans moteur se développe, de fait, à l'entre-deux-guerres et résulte des contraintes imposées à l'Allemagne de ne pas réarmer, de ne l'autoriser qu'à construire des machines sans moteur, et de subir de sévères restrictions dans la fabrication d'avions monoplaces. Pendant les décennies 1920 et 1930, les Allemands développèrent ainsi des planeurs très performants qui leur permirent de découvrir les méthodes d'exploitation des caractéristiques aérologiques des masses d'air ascendantes, les autorisant à voler plus loin et plus longtemps. Depuis, ce sport s'est répandu dans de nombreux pays, mais l'Allemagne est restée le leader mondial de la conception et la fabrication des meilleurs planeurs de performance.
Aux États-Unis, l'expression « Primary glider » renvoie à ces premier planeurs, dans les années 1920-1930.
Comme beaucoup de termes en aviation, le terme de « vol à voile » est une analogie avec la navigation maritime, et dans plusieurs langues le planeur est appelé littéralement un « avion à voile » (, ) ou un « voilier » (), par opposition aux avions à moteur (et au « vol moteur »). Cependant à la différence d'un voilier, le planeur utilise les ascendances et non le vent lui-même, et sa seule force motrice, une fois libéré du câble d'un avion remorqueur ou d'un treuil, est son propre poids (même en montée, il descend par rapport à l'air de l'ascendance). Avant l'apparition des planeurs, le terme de vol à voile était déjà utilisé pour les oiseaux voiliers, capables de se maintenir en l'air et de parcourir de longues distances sans battre des ailes, en utilisant les mêmes ascendances qu'un planeur.
L'art du vol à voile
Faire du vol à voile consiste principalement à passer dans des masses d'air dont les vitesses d'ascension sont plus élevées que la vitesse de chute propre du planeur et gagner ici de l'énergie potentielle (sans perdre d'énergie cinétique). Les masses d'air ascendantes, ou ascendances étant généralement très localisées, les pilotes doivent décrire des cercles à l'intérieur pour les exploiter au maximum. Le terme souvent employé est « spiraler », bien qu'en toute rigueur la trajectoire décrite par le planeur dans une ascendance soit hélicoïdale. Les pilotes parlent souvent de « faire le plein », l'objectif étant d'atteindre la plus haute altitude possible pour une ascendance donnée. L'image illustre aussi le fait que l'énergie potentielle du planeur —ou son altitude, ce qui revient au même— peut être considérée comme son carburant.
Un pilote débutant « fait le plein » tous les , si les conditions le permettent. Un pilote confirmé, qui exploite mieux les performances du planeur, peut espacer les reprises d'altitude jusqu'à . Il se contente, lorsqu'il traverse une ascendance mais estime avoir encore assez d'énergie pour poursuivre sa route, de réduire sa vitesse pour profiter au mieux de l'ascendance, sans pour autant s'arrêter et décrire des cercles sur place.
Les masses d'air ascendantes les plus connues sont : les courants aériens thermiques ou ascendance thermique qui sont le résultat des différences de température de l'air ; plus généralement les courants aériens sous les cumulonimbus qui ne sont pas thermiques mais dynamiques car dus à un déficit de pression; les ascendances dues à l'effet de pente lorsque le vent frappe les contreforts d'un relief le forçant à passer par-dessus, le gain d'altitude dépasse rarement au-dessus du sommet des reliefs ; ces ascendances sont appelées ascendances dynamiques ; les ascendances du vol d'onde dépendant des reliefs et de la météo et qui permettent des gains d'altitude très importants autorisant ainsi les records d'altitude à plus de ; thumb|250px| Trajectoire de l'albatros en vol de gradient sur des vagues.dans de rares occasions, les pilotes de planeurs ont pu expérimenter le plané de gradient de vent, lorsque le planeur peut prendre de l'énergie cinétique en passant répétitivement entre différentes masses d'air dotées de vitesses horizontales différentes. Cependant, de telles zones de fort « gradient de vent » sont habituellement trop proches du sol pour être utilisées en toute sécurité par une machine. Ainsi le plané de gradient de vent est surtout pratiqué par les oiseaux et en particulier par un des plus remarquables planeurs, l'albatros, que l'on peut observer lors de longues migrations, faire des chandelles, tourner et plonger vers les gradients de vent proches de la surface des océans.
L'exploitation des effets du vent sur le relief —effet de pente, onde ou gradient de vent— est désignée sous le terme générique de vol orographique.
Vol thermique thumb|left|Schéma d'une colonne d'air chaud. En (1), l'air s'échauffe près du sol. Il s'élève en (2) avant de refroidir par condensation et formation d'un nuage (A). L'air entre alors en expansion et redescend (3).
En vol de thermique, le pilote recherche des colonnes d'air ascendantes qui résultent de l'échauffement du sol par le Soleil. L'air en contact avec le sol est alors réchauffé et, par dilatation, sa masse volumique diminue. Le mouvement est assez rapide pour qu'il se fasse sans échange de chaleur avec l'air environnant. On peut alors considérer qu'il s'agit d'une dilatation adiabatique. L'air se refroidit.
Le gradient thermique adiabatique est g/Cp où g = 9.80665 est l'accélération de la gravité et Cp = est la capacité calorifique de l'air. Sa valeur exacte est donc de ou de manière approximative / .
En théorie, si le gradient de température de l'air ambiant est supérieur au gradient thermique adiabatique, alors la masse d'air en mouvement se trouve toujours plus légère que l'air qui l'entoure et a donc tendance à s'accélérer. La masse d'air est dite superadiabatique (souvent appelée instable). Toutefois, une telle situation est hautement improbable car le temps caractéristique d'une ascendance thermique est de et à la suite du mélange vertical, en moins d'une heure le profil vertical de la masse d'air suivra l'adiabatique sèche.
Si le gradient de température est inférieur au gradient thermique adiabatique, au contraire tout mouvement de l'air vers le haut a tendance à être contrarié par sa dilatation adiabatique, qui l'amène à une température inférieure à celle de l'air ambiant. La masse d'air est alors stable. C'est pourquoi les masses d'air très homogènes ne sont pas favorables à la convection, même s'il fait très chaud. Ceci est typique en Europe du Nord d'une situation pré-orageuse. Comme le mélange de l'air ne peut pas se faire avec les couches supérieures, la température augmente à basse altitude par un phénomène de bouchon. Ensuite, des orages violents éclatent lorsque le bouchon cède. Les conditions les plus favorables se rencontrent derrière les fronts froids, lorsqu'une masse d'air froid passe sur un sol encore chaud, ce que les météorologues appellent un ciel de traîne.
Les bulles d'air chaud les plus probables se trouvent dans les zones de contrastes thermiques telles que les champs moissonnés récemment, des parkings de supermarché, les routes et autoroutes, et surtout les gravières et secteurs rocheux. Si l'on est certain de ce principe physique, il n'en reste pas moins vrai qu'il est difficile d'associer un aspect du sol avec la certitude de la présence d'un « thermique ».