Dennis, tenant du titre, a repoussé Evenepoel à plus d'une minute, au terme du parcours des 54 kilomètres tracé dans le Yorkshire.
La médaille de bronze est revenue à l'Italien Filippo Ganna, distancé de près de deux minutes par l'Australien.
Le détenteur du record de l'heure, le Belge Victor Campenaerts, qui était dans l'allure pour viser le podium, a perdu toute chance après une chute.
Evenepoel, champion du monde juniors l'an passé, est devenu le plus jeune médaillé de l'histoire du contre-la-montre dans les Mondiaux. Le Belge, champion d'Europe l'an passé, disputait pour la première fois un "chrono" aussi long.
Dennis, qui est âgé de 29 ans, n'avait plus couru depuis son abandon du Tour de France. "Je suis passé par des moments compliqués", a-t-il reconnu. "Mais je voulais montrer que j'aimais toujours mon sport".
L'Australien, qui n'a pas utilisé un vélo de son équipe de marque (Bahrain-Merida), a doublé Campenaerts et rejoint le Slovène Primoz Roglic, le vainqueur de la récente Vuelta qui était parti trois minutes avant lui.
Roglic, l'un des favoris au départ, a pris finalement la 12e place de ce contre-la-montre, juste derrière Campenaerts.
Côté français, Pierre Latour s'est classé 18e, Benjamin Thomas 28e.
jm/cto
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