Fraile, vainqueur pour la première fois sur le Tour, a devancé de quelques secondes le Français Julian Alaphilippe et le Belge Jasper Stuyven.
Le peloton, avec le maillot jaune Geraint Thomas et ses principaux adversaires, était pointé à près de 20 minutes à une dizaine de kilomètres de l'arrivée sur la piste de l'aérodrome.
Une échappée-fleuve de 32 coureurs s'est formée dès la première heure, après un début d'étape agité.
Plusieurs prétendants (Bardet, Landa, D. Martin) se sont retrouvés piégés, dans des cassures favorisées par le vent de côté, avant que l'équipe Sky cesse son effort en raison du changement de cap.
L'échappée comprenant des coureurs de 15 équipes différentes (sur 22 présentes dans le Tour) a creusé l'écart sur un peloton qui a laissé faire.
A l'avant, Stuyven a pris ses distances à 35 kilomètres de l'arrivée avec ses derniers compagnons (G. Izagirre, Slagter). Il a abordé la dernière rampe, longue de 3 kilomètres, avec une avance à peine supérieure à une minute et demie.
Fraile a attaqué dès le pied et a débordé Stuyven à 500 mètres du sommet. Alaphilippe, qui a attendu plus longtemps, est revenu à son tour, mais trop tardivement pour inquiéter Fraile.
L'Espagnol (28 ans), vainqueur d'une étape du Giro en 2017, participe au Tour pour la première fois.
Dimanche, la 15e étape relie Millau à Carcassonne sur un parcours de kilomètres encore favorable aux attaquants, à la veille de la seconde journée de repos.
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