Faits :
A.
Par jugement du 9 novembre 2017 du Tribunal correctionnel de l'arrondissement de Lausanne, A._ a été condamné, pour blanchiment d'argent et infraction grave à la LStup, à une peine privative de liberté de trois ans et demi, sous déduction de 444 jours de détention avant jugement. Cette décision a été confirmée sur appel, par jugement du 29 mars 2018. Le recours en matière pénale formé par A._ sur le fond a été rejeté par arrêt du Tribunal fédéral du 23 août 2018 (arrêt 6B_600/2018).
Dans le cadre de la procédure pénale, A._ a été incarcéré à la Prison du Bois-Mermet du 29 août 2016 au 2 février 2018, sous les régimes de la détention provisoire et de la détention pour des motifs de sûreté. Il a ensuite été transféré à la Prison de La Croisée, puis libéré conditionnellement le 8 mars 2020.
B.
Le 16 juin 2020, A._ a déposé une requête tendant à faire constater l'illicéité de ses conditions de détention à la Prison du Bois-Mermet.
Par ordonnance du 18 juin 2020, le Tribunal des mesures de contrainte (ci-après: TMC) a considéré que la demande de A._ était tardive, dès lors que l'action en responsabilité contre l'État se prescrivait par un an en vertu du droit cantonal.
C.
Statuant sur recours de A._, par arrêt du 9 juillet 2020, la Chambre des recours pénale du Tribunal cantonal vaudois l'a admis partiellement et a constaté que ses conditions de détention durant la période du 29 août 2016 au 2 février 2018 à la Prison du Bois-Mermet étaient illicites. Elle a constaté que l'action en dommages-intérêts pour détention dans des conditions illicites était prescrite. Les frais d'arrêt ainsi que l'indemnité due au défenseur d'office ont été mis par moitié à la charge de A._.
D.
A._ forme un recours en matière pénale auprès du Tribunal fédéral contre l'arrêt cantonal et conclut, avec suite de frais et dépens, principalement, à la condamnation de l'État de Vaud à lui verser une indemnité de 104'600 fr. pour les conditions de détention illicites subies, avec intérêts à 5 % l'an dès le prononcé définitif et exécutoire, les frais de procédure cantonale et l'indemnité de défense d'office étant laissés à la charge de l'État. Subsidiairement, il conclut à l'annulation de l'arrêt cantonal et au renvoi de la cause à la cour cantonale pour nouvelle décision dans le sens des considérants.
E.
Invités à se déterminer sur le mémoire de recours, la cour cantonale et le ministère public y ont renoncé.
Considérant en droit :
1.
Le Tribunal fédéral examine d'office (art. 29 al. 1 LTF) et librement la recevabilité des recours qui lui sont soumis (ATF 146 IV 185 consid. 2).
1.1. Le litige porte sur la responsabilité de l'État de Vaud à l'égard du recourant, du fait de ses conditions de détention. L'arrêt attaqué, rendu par une autorité cantonale supérieure de dernière instance (art. 86 al. 1 let. d LTF) peut en principe faire l'objet d'un recours en matière de droit public au Tribunal fédéral (art. 82 let. a LTF; cf. art. 85 al. 1 let. a ou al. 2 LTF) ou d'un recours constitutionnel subsidiaire (cf. art. 113 LTF).
1.2. En l'espèce, au regard des conclusions litigieuses devant l'autorité précédente (cf. art. 51 al. 1 let. a LTF), la valeur seuil de 30'000 fr. prévue par l'art. 85 al. 1 let. a LTF est atteinte. Le recourant dispose de la qualité pour recourir (art. 89 al. 1 LTF). Le recours en matière de droit public est recevable.
2.
Le recourant conteste la tardiveté de l'action pécuniaire en réparation du tort moral causé par ses conditions de détention. Sans critiquer la durée du délai d'un an appliqué, il s'oppose au dies a quo retenu en l'espèce.
2.1. La responsabilité des collectivités publiques cantonales, des fonctionnaires et des employés publics des cantons à l'égard des particuliers pour le dommage qu'ils causent dans l'exercice de leur charge est en principe régie par les art. 41 ss CO, mais les cantons sont libres de la soumettre au droit public cantonal en vertu des art. 59 al. 1 CC et 61 al. 1 CO (cf. ATF 128 III 76 consid. 1a; arrêts 2C_491/2021 du 24 juin 2021 consid. 5.1; 4A_547/2019 du 9 juillet 2020 consid. 4.1; 2C_960/2013 du 28 octobre 2014 consid. 3.1 publié in RDAF 2016 I 472).
Lorsque, comme en l'espèce, le canton adopte une réglementation, la responsabilité de la collectivité publique et de ses agents est donc soumise au droit public cantonal. Si celle-ci renvoie aux dispositions du Code des obligations, celui-ci s'applique à titre de droit cantonal supplétif (arrêts précités 2C_491/2021 consid. 5.1; 4A_547/2019 consid. 4.1; cf. ATF 141 IV 444 consid. 3.6; 126 III 370 consid. 5).
2.1.1. Le canton de Vaud a fait usage de cette faculté en adoptant la loi du 16 mai 1961 sur la responsabilité de l'État, des communes et de leurs agents (LRECA/VD; RS/VD 170.11).
Selon son art. 1 al. 1, cette loi règle la réparation des dommages causés illicitement ou en violation de devoirs de service dans l'exercice de la fonction publique cantonale ou communale. L'État et les corporations communales répondent du dommage que leurs agents causent à des tiers d'une manière illicite (art. 4 LRECA/VD). A teneur de l'art. 6 LRECA/VD, le juge peut, en tenant compte de circonstances particulières, allouer à la victime de lésions corporelles, ou, en cas de mort d'homme, à la famille, une indemnité équitable à titre de réparation morale (al. 1). Celui qui subit une atteinte dans ses intérêts personnels peut réclamer des dommages-intérêts et, en outre, une indemnité à titre de réparation morale lorsqu'elle est justifiée par la gravité particulière du préjudice subi (al. 2). L'art. 7 LRECA/VD prévoit que la créance en dommages-intérêts résultant d'une responsabilité de l'État pour acte illicite se prescrit par un an dès la connaissance du dommage et en tout cas par dix ans dès l'acte dommageable (sur la qualification du délai pour ouvrir action en responsabilité contre l'État au sens du droit fédéral [péremption/prescription], cf. ATF 136 II 187 consid. 6; arrêt 2C_245/2018 du 21 novembre 2018 consid. 2.1).
Ce délai d'un an correspond à celui prévu par l'art. 60 al. 1 CO dans sa teneur au moment de la fin de l'incarcération dénoncée, avant l'entrée en vigueur, au 1er janvier 2020, du nouveau droit de la prescription portant le délai relatif à trois ans (cf. art. 49 al. 1 du Titre final du CC qui prévoit que le délai actuel ne s'applique que si la prescription n'est pas échue en vertu de l'ancien droit; cf. Message du 29 novembre 2013 relatif à la modification du code des obligations [Droit de la prescription], FF 2014 221 p. 230 s. et 254).
Selon la jurisprudence relative à l'art. 60 al. 1 CO, le créancier connaît suffisamment le dommage lorsqu'il apprend, touchant son existence, sa nature et ses éléments, les circonstances propres à fonder et à motiver une demande en justice (ATF 131 III 61 consid. 3.1.1; 111 II 55 consid. 3a; arrêts 2C_372/2018 du 25 juillet 2018 consid. 3.1; 4A_135/2017 du 23 novembre 2017 consid. 5.1) ainsi que son auteur.
Ainsi, le dommage est suffisamment défini lorsque le lésé détient assez d'éléments pour qu'il soit en mesure de l'apprécier (ATF 111 II 55 consid. 3a; 109 II 433 consid. 2; arrêt 4A_499/2014 du 28 janvier 2015 consid. 3.2). Le lésé est en mesure de motiver sa demande lorsqu'il connaît le montant réel (maximal) de son dommage (arrêts 4A_495/2020 du 3 mai 2021 consid. 3.2.1; 4A_362/2020 du 22 janvier 2021 consid. 4.1.1; 4A_135/2017 du 23 novembre 2017 consid. 5.1).
La jurisprudence n'autorise pas le créancier à différer sa demande jusqu'au moment où il connaît le montant absolument exact de son préjudice; en effet, il arrive que cette détermination ne soit pas possible et que le dommage doive être estimé selon l'art. 42 al. 2 CO (ATF 131 III 61 consid. 3.1.1; 111 II 55 consid. 3a; cf. arrêts 4A_495/2020 précité consid. 3.2.1; 2C_1098/2018 du 27 septembre 2019 consid. 2.3).
Le délai de l'art. 60 al. 1 CO part du moment où le lésé a effectivement connaissance du dommage au sens indiqué ci-dessus, et non de celui où il aurait pu découvrir l'importance de sa créance en faisant preuve de l'attention commandée par les circonstances (ATF 136 III 322 consid. 4.1; 131 III 61 consid. 3.1; arrêt 4A_52/2020 du 19 août 2020 consid. 3.3.2). Cette jurisprudence ne va cependant pas jusqu'à protéger celui qui se désintéresse de la question du dommage. Le lésé est tenu d'avoir un comportement conforme à la bonne foi (art. 2 CC). S'il connaît les éléments essentiels du dommage, on peut attendre de lui qu'il se procure les informations nécessaires à l'ouverture d'une action (arrêts 4A_362/2020 précité consid. 4.1.1; 4A_286/2018 du 5 décembre 2018 consid. 2.3.1, publié in PJA 2019 1067; 4A_454/2010 du 6 janvier 2011 consid. 3.1; cf. ATF 131 III 61 consid. 3.1.2).
2.1.2. La violation du droit cantonal ne constitue pas un motif de recours en tant que tel (cf. art. 95 LTF). La partie recourante peut uniquement se plaindre de ce que l'application du droit cantonal par l'autorité précédente consacre une violation du droit fédéral au sens de l'art. 95 let. a LTF, en particulier qu'elle est arbitraire (art. 9 Cst.; ATF 145 I 108 consid. 4.4.1; 143 I 321 consid. 6.1; 141 IV 305 consid. 1.2). Appelé à revoir l'application d'une norme cantonale sous l'angle de l'arbitraire, le Tribunal fédéral ne s'écarte de la solution retenue que si celle-ci apparaît insoutenable ou en contradiction manifeste avec la situation effective, ou encore si elle a été adoptée sans motifs objectifs ou en violation d'un droit certain. Lorsque l'interprétation défendue par l'autorité cantonale ne se révèle pas déraisonnable ou manifestement contraire au sens et au but de la disposition ou de la législation en cause, elle est confirmée, même si une autre solution paraît également concevable, voire préférable. En outre, il ne suffit pas que les motifs de la décision critiquée soient insoutenables, encore faut-il que cette dernière soit arbitraire dans son résultat (ATF 145 II 32 consid. 5.1; 143 I 321 consid. 6.1).
Le Tribunal fédéral n'examine les moyens déduits de la violation des droits fondamentaux, singulièrement l'interdiction de l'arbitraire, que s'ils sont invoqués et motivés par le recourant (art. 106 al. 2 LTF), c'est-à-dire s'ils ont été expressément soulevés et exposés de manière claire et détaillée (ATF 143 IV 500 consid. 1.1; 142 III 364 consid. 2.4 et les références citées).
2.1.3. Pour enfreindre l'art. 3 CEDH, les conditions matérielles de détention doivent atteindre un niveau d'humiliation ou d'avilissement supérieur à ce qu'emporte habituellement la privation de liberté. Cela impose ainsi à l'État de s'assurer que les modalités de détention ne soumettent pas la personne détenue à une détresse ou à une épreuve d'une intensité qui excède le niveau inévitable de souffrance inhérent à une telle mesure et que, eu égard aux exigences pratiques de l'emprisonnement, sa santé et son bien-être sont assurés de manière adéquate. Un simple inconfort ne suffit pas pour emporter violation de l'art. 3 CEDH (ATF 140 I 246 consid. 2.4.1; 140 I 125 consid. 3.5 et les références citées).
2.2. La cour cantonale a constaté que le recourant avait subi des conditions de détention illicites lors de son incarcération à la Prison du Bois-Mermet (du 29 août 2016 au 2 février 2018) sur la base des allégations de ce dernier. Quant à la demande d'indemnisation pécuniaire, la cour cantonale a fait application du délai de prescription annal prévu à l'art. 7 LRECA/VD. Saisie du grief du recourant selon lequel il n'aurait eu une connaissance suffisante de l'ampleur du dommage que le 24 septembre 2019, lors de son entretien avec son nouvel avocat, la cour cantonale a relevé que le recourant avait eu plusieurs défenseurs d'office durant la procédure pénale et ce, jusqu'au 23 août 2018. Elle a considéré que, depuis fin 2017/début 2018, il est notoire que la Prison du Bois-Mermet ne répond plus aux exigences de détention et qu'en fonction des cellules occupées par les détenus, il peut être constaté que ceux-ci ont été incarcérés dans des conditions de détention illicites. Le TMC a relevé que cela se savait, y compris parmi les détenus. La cour cantonale en a déduit que, dès le moment où il a été transféré à la Prison de La Croisée, à savoir le 2 février 2018, le recourant et son conseil ne pouvaient ignorer qu'il était possible de déposer une requête tendant à la constatation des conditions de détention illicites à la Prison du Bois-Mermet et, partant, qu'une action en responsabilité devait être déposée dans le délai d'une année dès cette date. Elle a conclu que l'action pécuniaire du 16 juin 2020 était prescrite en vertu du droit cantonal.
2.3. En l'espèce, le recourant requiert une indemnisation de son tort moral résultant de conditions de détention contraires à l'art. 3 CEDH du fait d'un espace individuel insuffisant à disposition dans les cellules (entre 3 et 4 m 2), de l'absence de séparation des toilettes par une cloison et de problèmes de température en été et en hiver, ce sur une période de 523 jours. Seul le point de départ du délai d'un an prévu par l'art. 7 LRECA/VD est contesté.
2.3.1. Le recourant ne fait pas valoir d'autres prétentions que la réparation de son tort moral. Il ne prétend pas avoir subi un préjudice évolutif ([par exemple frais médicaux ou pertes de gain s'étalant dans le temps] dont il ne serait pas possible de prévoir d'emblée l'évolution avec suffisamment de certitude, cf. ATF 112 II 118 consid. 4; 92 II 1 consid. 3; arrêts 4A_135/2017 précité consid. 5.1; 4A_689/2015 du 16 juin 2016 consid. 3.1), ni un dommage différé (cf. arrêt CourEDH Howald Moor et autres c. Suisse du 11 mars 2014, [requêtes nos 52067/10 et 41072/11], § 72 ss).
L'action en réparation du tort moral du recourant fait suite à l'épreuve morale qu'impliquent les conditions de détention subies, lesquelles sont circonscrites à la période d'incarcération à la Prison du Bois-Mermet du 29 août 2016 au 2 février 2018. Or l'ampleur du préjudice dépend en particulier des souffrances occasionnées par les circonstances concrètes d'incarcération (surface individuelle, durée du confinement, intimité, température, etc.) et du nombre de jours passés dans ces conditions.
Dans la configuration d'espèce, compte tenu de la nature du préjudice invoqué ayant trait à une souffrance telle que les conditions de détention devaient être qualifiées d'inhumaines et dégradantes au sens de l'art. 3 CEDH, la cour cantonale n'a pas versé dans l'arbitraire en considérant que le recourant avait connaissance de l'existence, de la nature et de l'ampleur du dommage, au plus tard lorsque les conditions dénoncées ont cessé (cf. arrêt 1C.2/1998 du 25 mars 1999 consid. 3b, qui admet une telle approche s'agissant d'une prétention en tort moral et perte de gain en raison d'une détention injustifiée).
Au moment de son transfert de prison le 2 février 2018, le recourant, qui était assisté d'un avocat, connaissait les éléments essentiels du dommage, dont il pouvait apprécier l'ampleur. Il était en mesure de le chiffrer (dommage maximal), ayant lui-même subi les conditions qu'il dénonce pendant un nombre de jours connu (cf. notamment ATF 140 I 246 consid. 2.6.1 et arrêts 6B_385/2017 du 5 décembre 2017 consid. 3; 6B_1230/2015 du 22 avril 2016 consid. 5.2, une indemnisation pécuniaire d'un montant de l'ordre de 50 fr. par jour de détention dans des conditions illicites a été qualifiée d'adéquate), étant précisé que ce que sait le mandataire du lésé est imputable à celui-ci (arrêts 4A_647/2010 du 4 avril 2011 consid. 3.1; 4A_454/2010 du 6 janvier 2011 consid. 3.1; 1C.2/1998 précité consid. 3b; ATF 45 II 322 consid. 4 p. 331; WERRO/PERRITAZ, in Commentaire romand, Code des obligations, vol. I, 3e éd. 2021, n° 15 ad art. 60 CO; ROBERT K. DÄPPEN, in Basler Kommentar, Obligationenrecht I, 7e éd. 2019, n° 6 ad art. 60 CO).
2.3.2. Le recourant soutient que le dies a quo du délai de prescription doit commencer à courir au moment où le caractère illicite des conditions de détention est formellement constaté par une autorité judiciaire. Or l'appréciation exacte des fondements juridiques de la prétention n'est pas requise pour fixer le point de départ du délai (ATF 92 II 1 consid. 1a, pour fixer le point de départ du délai de prescription, l'art. 60 CO vise la connaissance des faits, non de leur qualification juridique; 82 II 43 consid. 1a; cf. arrêt 2C_296/2013 du 12 août 2013 consid. 4.3.3; cf. également ROBERT K. DÄPPEN, op. cit., n° 6 ad art. 60 CO). Aussi, la date de la décision de constatation des conditions de détention, respectivement, de sa prise de connaissance par le recourant, n'est pas déterminante sous cet angle.
En outre, le recourant ne saurait rien déduire en sa faveur, en matière de prescription de l'action en responsabilité contre l'État, des arrêts pénaux qu'il cite (arrêts 6B_1005/2015 du 13 avril 2016 consid. 2; 6B_1097/2016 du 13 septembre 2017 consid. 3 et 6B_1205/2018 du 22 février 2019 consid. 2.3). Dans les premières affaires, aucune autorité ne s'était saisie de la question du caractère illicite ou non des conditions de détention dénoncées. Le Tribunal fédéral a rappelé le droit à une enquête prompte et impartiale des personnes qui se prétendent victimes de traitements prohibés au sens des art. 10 al. 3 Cst. et 3 CEDH (cf. infra consid. 2.4). Dans les cas concrets, il y a certes constaté le défaut d'éléments suffisants pour retenir que les détenus avaient contrevenu à la bonne foi en laissant leurs conditions de détention se prolonger dans le temps et attendu que la procédure pénale se termine, afin d'obtenir une indemnisation financière plutôt qu'une réduction de peine en réparation du prétendu tort moral subi. Toutefois, le Tribunal fédéral n'a pas eu à traiter la question de la prescription, respectivement de la péremption de la prétention en indemnisation du tort moral prévue par le droit cantonal, cette exception ne faisant au demeurant pas l'objet des motivations topiques des décisions cantonales (cf. sur l'examen d'office de la prescription, respectivement de la péremption d'une créance de droit public lorsqu'elle aurait joué au détriment du citoyen qui actionne l'État: ATF 111 Ib 269 consid. 3a/bb p. 277; 106 Ib 357 consid. 3a p. 364; arrêt 2C_245/2018 du 21 novembre 2018 consid. 4.1 en lien avec l'ancien art. 20 de la loi fédérale sur la responsabilité de la Confédération, des membres de ses autorités et de ses fonctionnaires [LRCF; RS 170.32]). Ainsi que le relève le recourant, l'examen de cette question a expressément été écarté dans l'arrêt cité (arrêt 6B_1097/2016 précité consid. 3.3). L'indication relative à l'accès à une autorité pour obtenir une éventuelle indemnisation dans le cas particulier visait à assurer qu'un mécanisme effectif de réparation soit mis en place (arrêt 6B_1097/2016 précité consid. 3.4) et ne préjugeait en rien la question de la prescription de l'action en indemnisation.
Aussi, la jurisprudence qu'invoque le recourant ne permet pas de faire échec au principe général de la prescription, respectivement de la péremption de l'action en responsabilité de l'État. En admettant l'approche du recourant, il serait loisible à tout détenu de déterminer à quel moment il souhaite demander le constat de ses conditions de détention (notamment avant jugement), après que celles-ci ont cessé et une fois la procédure pénale close, et par là-même, de décider du dies a quo du délai pour ouvrir action en responsabilité de l'État. Un tel raisonnement serait contraire au but poursuivi par la règle générale de droit qu'est la prescription, respectivement la péremption (cf. ATF 137 III 16 consid. 2.1; arrêts CourEDH Sanofi Pasteur c. France du 13 février 2020, [requête no 25137/16], § 50 ss; Howald Moor et autres c. Suisse précité, § 72; cf. également ATF 125 V 396 consid. 3a).
2.3.3. En définitive, la solution retenue par la cour cantonale, selon laquelle le recourant, alors assisté d'un défenseur d'office, disposait dès le 2 février 2018, de tous les éléments nécessaires pour évaluer le dommage résultant de ses conditions de détention du 29 août 2016 au 2 février 2018, n'apparaît pas insoutenable. A cette date, un appel contre le jugement de condamnation était pendant et le recourant a par la suite formé un recours au Tribunal fédéral contre la décision cantonale de fond, concluant à son acquittement et à sa libération immédiate (arrêt 6B_600/2018 let. C). Au moment du transfert d'établissement, il n'y avait pas de place au doute quant aux faits suffisants pour motiver une demande en justice, de sorte qu'il n'y a pas lieu de procéder à une interprétation du dies a quo au préjudice du débiteur (ATF 111 II 55 consid. 3a; arrêts 4A_286/2018 précité consid. 2.3.1; 4A_34/2014 du 19 mai 2014 consid. 5.1, in Praxis 2014 p. 733).
Le délai d'un an fixé par l'art. 7 LRECA/VD ayant commencé à courir dès le 2 février 2018, il avait expiré lors du dépôt de la requête du recourant le 18 juin 2020. L'interprétation défendue par la cour cantonale ne se révèle pas déraisonnable ni manifestement contraire au sens et au but de la disposition en cause, mais se situe dans la droite ligne de la jurisprudence déduite de l'art. 60 al. 1 CO. Il n'était dès lors pas arbitraire de considérer que l'action pécuniaire était tardive en vertu du droit cantonal (cf. en ce sens, arrêt 8C_656/2020 du 23 février 2021 consid. 3.3 et 6.2).
2.4. Sous couvert d'une violation des art. 3 CEDH, 7 et 10 al. 3 Cst. et des art. 235 et 431 al. 1 CPP, le recourant prétend qu'en considérant l'action pécuniaire prescrite " avant même que l'incertitude entourant l'illicéité n'ait été levée par un tribunal, on supprimerait d'emblée tout droit à l'indemnisation pour la grave atteinte à la dignité humaine subie ".
2.4.1. Au niveau conventionnel, l'art. 3 CEDH prévoit que nul ne peut être soumis à la torture ni à des peines ou traitements inhumains ou dégradants. Sur le plan constitutionnel, l'art. 7 Cst. dispose que la dignité humaine doit être respectée et protégée. A teneur de l'art. 10 al. 3 Cst., la torture et tout autre traitement ou peine cruels, inhumains ou dégradants sont interdits.
De jurisprudence constante, la CourEDH relève que, pour qu'un système de protection des droits des détenus garantis par l'art. 3 CEDH soit effectif, les remèdes préventifs et compensatoires doivent coexister de façon complémentaire. Le recours préventif doit être de nature à empêcher la continuation de la violation alléguée ou de permettre une amélioration des conditions matérielles de détention. Une fois que la situation dénoncée a cessé, la personne doit disposer d'un recours indemnitaire. À défaut d'un tel mécanisme, combinant ces deux recours, la perspective d'une possible indemnisation risquerait de légitimer des souffrances incompatibles avec l'art. 3 CEDH et d'affaiblir sérieusement l'obligation des États de mettre leurs normes en accord avec les exigences de la Convention (ATF 147 IV 55 consid. 2.5.1 et les arrêts cités).
L'art. 431 CPP prévoit que l'autorité pénale alloue au prévenu faisant l'objet de mesures de contrainte de manière illicite, une juste indemnité en réparation du tort moral. Cette réglementation spéciale par rapport aux règles ordinaires de la responsabilité de l'État est d'éviter que la personne victime d'une mesure de contrainte illicite ne doive, parallèlement à la procédure pénale, conduire un procès en responsabilité contre l'État aux conditions fixées par le droit fédéral, respectivement cantonal. Or, une telle perspective d'économie de procédure n'existe plus une fois la procédure pénale achevée par un jugement entré en force (arrêt 6B_1071/2015 du 18 juillet 2016 consid. 4.2.2 et les références citées).
2.4.2. Le recourant n'a pas dénoncé ses conditions de détention avant jugement au cours de la procédure pénale, alors même qu'il aurait pu prétendre à une décision en constatation, cas échéant, à une modification de ses conditions de détention, respectivement à une indemnisation sous la forme d'une réduction de peine. Faute d'avoir agi pendant la procédure pénale, il ne saurait se prévaloir directement des dispositions du CPP à ce stade (cf. art. 1 al. 1 CPP). S'il a omis de requérir le "remède préventif" déduit de l'art. 3 CEDH propre à empêcher la continuation de la violation alléguée ou de permettre une amélioration de ses conditions, il a toutefois obtenu une décision du TMC constatant le caractère illicite de ses conditions de détention, a posteriori.
Il ne saurait déplorer un défaut du système prévoyant la coexistence de remèdes préventifs et compensatoires de façon complémentaire, dans la mesure où il était libre de faire valoir sa prétention en indemnisation dans le cadre de la procédure pénale, respectivement dans le délai légal (en l'occurrence, d'un an dès la connaissance du dommage), par le biais d'une action en responsabilité contre l'État.
Le délai de prescription (respectivement de péremption) fixé par le droit cantonal pour faire valoir une prétention en indemnisation ne met pas en échec le système prévu par la CourEDH et repris dans la jurisprudence du Tribunal fédéral. Il est rappelé sur ce point que ces délais légaux constituent des restrictions admissibles au droit d'accès à un tribunal (cf. art. 6 par. 1 CEDH) s'ils poursuivent un but légitime et s'il existe un rapport raisonnable de proportionnalité entre les moyens employés et le but visé (arrêts CourEDH Sanofi Pasteur c. France précité, § 50 ss; Howald Moor et autres c. Suisse précité, § 70 ss), aspects qui ne sont pas contestés en l'espèce. En tout état, le recourant ne soulève aucun grief déduit du droit d'accès à un tribunal sous l'angle de l'art. 6 CEDH, respectivement à un recours effectif au sens de l'art. 13 CEDH, et ne fait pas valoir de violation du principe de proportionnalité.
2.5. Compte tenu de la décision en constatation qu'il a obtenue et des considérants qui précèdent, il n'y a pas lieu d'entrer en matière sur la conclusion subsidiaire du recourant, tendant à ce que des mesures d'instruction soient ordonnées pour déterminer dans quelle mesure ses conditions de détention étaient illicites.
3.
Mal fondé, le recours doit être rejeté. Bien qu'il soit rejeté, le recours n'apparaissait pas d'emblée voué à l'échec. Il convient dès lors de mettre le recourant au bénéfice de l'assistance judiciaire, sa situation économique le justifiant (art. 64 al. 1 LTF), de lui désigner un avocat d'office et d'allouer à celui-ci une indemnité à titre d'honoraires, qui sera supportée par la caisse du Tribunal fédéral (art. 64 al. 2 LTF). Le recourant n'en supporte pas moins une partie des frais judiciaires, qui seront fixés en tenant compte de sa situation économique (art. 65 al. 2 et 66 al. 1 LTF).
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce :
1.
Le recours est rejeté.
2.
La demande d'assistance judiciaire est admise.
3.
Maître Vladimir Chautems est désigné comme avocat d'office du recourant et une indemnité de 3'000 fr. lui est allouée à titre d'honoraires, à la charge de la caisse du Tribunal fédéral.
4.
Les frais judiciaires, arrêtés à 800 fr., sont mis à la charge du recourant.
5.
Le présent arrêt est communiqué au recourant, au Ministère public central du canton de Vaud et au Tribunal cantonal du canton de Vaud, Chambre des recours pénale.
Lausanne, le 16 décembre 2021
Au nom de la Cour de droit pénal
du Tribunal fédéral suisse
La Présidente : Jacquemoud-Rossari
La Greffière : Klinke