Faits : A. A.a. A._, née en 1981, suivait une formation en cours d'emploi auprès de la Fondation B._ et était, à ce titre, assurée contre le risque d'accidents auprès de la Vaudoise Générale Compagnie d'Assurances SA (ci-après: la Vaudoise). Le 17 janvier 2009, un résident pris de malaise a chuté lourdement sur sa jambe droite. Les parties atteintes étaient la cheville et le genou droits. Dans un rapport du 17 février 2009, le docteur C._, spécialiste FMH en chirurgie, a posé le diagnostic d'entorse en éversion de la cheville droite et d'entorse du genou droit avec déchirure de la corne postérieure du ménisque interne droit. Il a en outre noté une contusion-entorse de la hanche droite sur status après arthroscopie de la hanche droite en 2005. L'incapacité de travail était totale. La Vaudoise a pris en charge le cas. Le 28 août 2009, la Vaudoise a confié une expertise au docteur D._, spécialiste FMH en chirurgie orthopédique. Dans son rapport du 9 octobre suivant, l'expert a posé les diagnostics de hanche à ressaut avec trouble antalgique de la démarche et de déchirure horizontale du ménisque interne droit. Selon ce médecin, le cas de l'assurée était " déroutant ". Il a estimé que le problème était essentiellement d'ordre thérapeutique. Dans un rapport du 16 novembre 2009, le docteur E._, médecin associé à la Clinique de chirurgie orthopédique de l'Hôpital F._, a constaté que la marche de l'assurée se faisait avec une boiterie complexe avec verrouillage du genou en recourvatum et sur la tranche externe du pied. Vu l'absence de diagnostic clair, il proposait de temporiser. Le 9 mars 2010, ce praticien a confirmé une lésion du ménisque interne droit. Néanmoins, il se disait perplexe vis-à-vis de la démarche très particulière de l'assurée, la lésion méniscale n'expliquant pas totalement sa démarche. Le 10 mars 2010, l'assurée a subi une résection méniscale partielle du genou droit. Le 8 décembre 2010, l'assurée a été adressée à la consultation du docteur G._, médecin-chef du service d'orthopédie de la Clinique H._ à V._. Dans son rapport du même jour, ce dernier a indiqué que les troubles de la marche n'étaient pas clairement explicables. Objectivement, il a constaté un ressaut du tractus, à mettre en relation avec une coxa saltans. Selon lui, il n'existait aucune pathologie anatomiquement objectivable ou mécaniquement gênante. Dans une seconde appréciation de la Clinique H._ du 17 janvier 2011, le docteur I._, médecin-chef du Service de neurologie, a exclu une éventuelle atteinte neurogène centrale ou périphérique, concluant que la démarche démonstrative de l'assurée n'était pas d'origine neurologique. Ce médecin a relevé une nette incohérence entre la façon de marcher et les résultats des investigations menées. A ce propos, il a signalé la différence entre la démarche pendant la consultation et à l'extérieur de l'établissement hospitalier ainsi que l'absence de traces d'usure sur l'extérieur du talon et de la semelle droits, alors que l'intéressée avait déclaré traîner sa jambe habituellement. Selon le neurologue, lesdites incohérences pouvaient éventuellement s'expliquer par une possible composante somatoforme et dissociative du trouble de la marche, raison pour laquelle un examen psychiatrique était indiqué. L'assurance-invalidité, à laquelle l'assurée s'était également annoncée, a confié une expertise bi-disciplinaire, conjointement au chirurgien-orthopédiste D._ et au psychiatre J._. Ces spécialistes ont rendu leur conclusions dans leurs rapports des 14 et 21 avril 2011. Sur le plan somatique, le docteur D._ a retenu l'existence d'une coxa saltans " atypique " et d'une boiterie majeure d'origine " indéterminée ", en relevant certaines incohérences (par ex. le fait que l'assurée ne présentait pas la moindre atrophie musculaire alors qu'elle avait adopté depuis deux ans une démarche vicieuse de décharge qui devait entraîner une atrophie majeure). Il a conclu à une capacité de travail de 80 %, voire plus, dans une activité adaptée. Sur le plan psychiatrique, le docteur J._ n'a fait état d'aucun trouble ou maladie psychiatrique déterminant une incapacité de travail. A.b. Le 9 décembre 2011, la Vaudoise a mandaté un bureau d'investigation privé pour effectuer une surveillance de l'assurée. Dans leur rapport du 15 janvier 2012, les détectives ont mentionné qu'ils avaient pu observer l'assurée les 14 décembre 2011 et 13 janvier 2012. Sur la base de leurs observations, ils ont affirmé que l'assurée ne démontrait aucune limitation au niveau de sa jambe droite, qu'elle marchait très rapidement et avec énergie sur de longues distances, qu'elle montait et descendait les escaliers en sollicitant sa jambe droite autant que la gauche, qu'elle avait descendu un sommier et un matelas depuis son appartement situé au 3 e étage d'un immeuble sans ascenseur, qu'elle était restée assise sur les petits fauteuils d'un théâtre sans se lever pendant au moins une heure et demie, qu'elle montait et descendait des véhicules sans aucune gêne physique visible et enfin qu'elle était souvent absente de son domicile. Chargé d'évaluer les résultats de la surveillance de l'assurée, le docteur D._ a rendu ses conclusions dans un rapport du 9 mars 2012. Selon ce dernier, ces nouveaux éléments invalidaient les limitations précédemment déterminées et expliquaient les incohérences relevées. En raison de l'arthroscopie du 10 mars 2010, il a évalué à six semaines l'incapacité de travail due aux troubles du genou droit et à une période identique à partir de la date de l'accident l'incapacité en raison des troubles de la hanche droite. Un traitement d'une durée de trois à quatre mois pour le genou et de deux à trois mois pour la hanche était par ailleurs justifié. Par décision du 16 mars 2012, la Vaudoise a mis un terme à ses prestations à partir du 30 avril 2010 et réclamé la restitution des indemnités journalières versées à tort du 1 er mai 2010 au 31 janvier 2012, soit un montant de 53'908 fr. 10. Quant aux frais de traitement non encore remboursés, elle a décidé qu'elle n'en assumerait plus le paiement mais qu'elle renonçait à réclamer la restitution des frais déjà réglés directement aux différents prestataires en 2010 et 2011. L'assurée a formé une opposition à l'encontre de cette décision. A l'appui de son écriture, elle a notamment produit les résultats d'un arthro-scanner ainsi que d'une arthro-IRM et infiltration de la hanche droite (cf. rapports des 30 et 31 janvier 2012 du Centre K._). Interpellé, le docteur D._ a rappelé, dans un bref rapport du 31 mai 2012, que l'assurée avait déjà subi une arthroscopie de la hanche droite en 2005 pour une pathologie du bourrelet, ce qui n'était pas signalé dans le rapport radiologique du 30 janvier 2012. Il a encore noté qu'un examen comparatif du 17 février 2012 sur la hanche gauche n'avait pas révélé une différence significative permettant de conclure à une pathologie avérée du côté droit, de sorte qu'il n'existait aucun argument pour une lésion traumatique ou autre. Par décision sur opposition du 7 juin 2012, la Vaudoise a rejeté l'opposition et confirmé sa décision du 16 mars 2012. B. L'assurée a recouru contre cette décision devant la Cour des assurances sociales du Tribunal cantonal du Valais en concluant au maintien de son droit aux prestations d'assurance au-delà du 30 avril 2010. En cours de procédure, l'assurée a produit un courrier du docteur L._, spécialiste FMH en médecine physique et réhabilitation, rédigé le 21 mars 2013 à l'intention du docteur M._, chef du service de chirurgie de la hanche et du bassin à la Clinique N._ à W._, un bref rapport du docteur L._, du 22 avril 2013 ainsi qu'un rapport du docteur M._, du 25 juillet 2013. L'assureur a pour sa part produit deux rapports du docteur D._, des 10 juillet et 18 septembre 2013, prenant position sur les rapports des docteurs L._ et M._. Le 23 septembre 2013, le tribunal cantonal a tenu une audience de débats. Par jugement du 4 octobre 2013, la juridiction cantonale a rejeté le recours. C. C.a. Par acte du 6 novembre 2013, A._ a interjeté un recours en matière de droit public contre ce jugement, en concluant principalement à son annulation, subsidiairement au renvoi de la cause à la juridiction cantonale pour complément d'instruction. Elle a en outre sollicité l'assistance judiciaire gratuite. C.b. Le 7 novembre 2013, l'intéressée a informé le Tribunal fédéral qu'elle avait introduit une demande de révision de l'arrêt attaqué auprès du Tribunal cantonal du Valais. Par ordonnance incidente du 25 novembre 2013, le Tribunal fédéral a ordonné la suspension de la procédure de recours jusqu'à droit connu sur la demande de révision cantonale. Par arrêt du 10 octobre 2014, le Tribunal cantonal du Valais a rejeté la demande en révision. Saisi d'un recours de l'assurée contre ce jugement en révision, le Tribunal fédéral l'a rejeté par arrêt du 29 décembre 2012 (cause 8C_793/2013). C.c. La procédure principale a été reprise par ordonnance du 8 janvier 2015. Un délai de dix jours dès réception de l'ordonnance a été imparti aux parties pour qu'elles se déterminent. L'intimée a conclu au rejet du recours.