Tidigt i den 191 kilometer långa etappen från Le Teil till Mont Aigoual bröt sig kazaken och sju andra loss – och med 17 kilometer kvar att cykla hängde Lutsenko, som kör för Astana-stallet, av konkurrenterna och kunde sedan defilera in i mål. Spanjoren Jesus Herrada slutade tvåa på etappen.
Britten Adam Yates, Mitchelton-Scott, behåller den gula ledartröjan.
På fredagen går touren vidare med en 168 kilometer lång etapp till Lavaur.