En France, les élus des collectivités locales ont souvent recours à des entreprises privées spécialisées dans la production et la distribution d'eau potable. En conséquence, il est nécessaire de disposer d'évaluations des coûts de ces activités. Cette thèse propose une étude micro-économétrique de la fonction de coût de l'alimentation en eau potable. L'objectif est de fournir un outil pour l'élaboration de mécanismes de régulation, à la lumière des récentes évolutions réglementaires. La première partie est consacrée à la description de l'organisation et de la réglementation du secteur. Nous analysons ensuite les technologies employées. Dans la modélisation économique des coûts, nous intégrons les différentes caractéristiques d'une industrie en réseau en prenant en compte l'existence de pertes d'eau. Pour cette raison, nous utilisons des méthodes d'estimation sur des données de panel en traitant la possible endogénéité des volumes d'eau consommés et perdus. La seconde partie est un essai sur la régulation des services d'eau potable. Nous construisons un modèle économique de contrat avec information privée. Puis, nous simulons les volumes d'eau produits optimaux ainsi que les variations de bien-être des usagers, de rentes de l'opérateur privé et de prix de l'eau. En particulier, nous mettons en évidence la pertinence de notre modélisation des relations contractuelles entre la collectivité et l'exploitant lors de la délégation des services d'eau potable en France.