Le Belge Greg Van Avermaet (BMC) a sauvé son maillot jaune de leader malgré les quatre ascensions au programme du jour.
A 26 ans, Alaphilippe a gagné pour la première fois de sa carrière une étape du Tour. En avril, il a enlevé sa première classique, la Flèche Wallonne.
Le puncheur de Montluçon, qui court pour l'équipe belge Quick-Step, a précédé de plus d'une minute et demie l'Espagnol Ion Izagirre (Bahrein) et l'Estonien Rein Taaramae (Direct Energie), au bout des 158,5 kilomètres.
Le peloton des favoris a franchi la ligne avec plus de trois minutes de retard, sous le soleil des Alpes.
Dans cette étape programmée au lendemain du jour de repos, les rescapés de l'échappée de 21 coureurs lancée dès la première demi-heure ont abordé la montée de Romme avec six minutes d'avance.
Taaramae a été rejoint à l'approche du sommet par Alaphilippe alors que les favoris n'ont pas cherché à se départager sur cette pente rude.
Dans la Colombière, dernière difficulté du jour, le Français a creusé l'écart pour basculer au sommet avec une marge d'une minute et demie. Les 14,5 derniers kilomètres, en descente pour l'essentiel, n'ont été qu'une formalité pour "Alfapolak" (son surnom sur Twitter) qui est l'un des meilleurs descendeurs du peloton.
Pour défendre son maillot jaune, Van Avermaet a eu le cran de se mêler à l'échappée du jour, en suivant la même tactique qu'en 2016 dans les Pyrénées, lors de l'étape du lac de Payolle.
Le champion olympique de Rio a lâché prise dans le col de Romme mais a franchi la ligne, bien avant le premier peloton regroupant la plupart des favoris.
Seul, le Colombien Rigoberto Uran, qui a chuté dimanche sur les pavés de l'étape de Roubaix, a cédé dans le final de la Colombière. Le Russe Ilnur Zakarin, le Luxembourgeois Bob Jungels et le Néerlandais Bauke Mollema ont eux aussi été à la peine.
Mercredi, deuxième des trois actes alpestres. La 11e étape, ramassée à 108,5 kilomètres entre Albertville et La Rosière, alterne montées et descentes pour se conclure sur les pentes du col du Petit-Saint-Bernard.
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