Le Belge Greg Van Avermaet (BMC) a gardé le maillot jaune de leader à la veille de l'étape des pavés de Paris-Roubaix.
Groenewegen a précédé nettement l'Allemand André Greipel et le Colombien Fernando Gaviria qui se sont frotté le long des barrières.
Le champion du monde, le Slovaque Peter Sagan, a lancé le sprint de loin mais a été débordé ensuite.
Une chute massive, à 17 kilomètres de l'arrivée, a tronçonné le peloton et retardé notamment l'Irlandais Dan Martin. Le vainqueur de la 6e étape à Mûr-de-Bretagne, coude gauche ensanglanté, a cédé environ 1 min 15 sec.
Groenewegen, 25 ans, a enlevé pour la troisième fois une étape du Tour, sa deuxième cette année après son succès vendredi à Chartres. Il avait gagné l'étape des Champs-Elysées à Paris, en conclusion du Tour 2017.
Le Néerlandais, qui est passé professionnel en 2015, compte désormais 32 victoires à son palmarès, dont 11 pour la saison en cours.
Dimanche, la 9e étape, longue de 156,5 kilomètres entre Arras et Roubaix, emprunte des secteurs pavés sur 21,7 kilomètres. Le dernier est situé à 8 kilomètres de l'arrivée.
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