Faits :
A.
A._, né en 1977, a travaillé, à compter du 18 août 2006, au service de la société B._ SA en qualité de magasinier. A ce titre, il était assuré obligatoirement contre le risque d'accident auprès de la Caisse nationale suisse d'assurance en cas d'accidents (ci-après: la CNA). Le 7 septembre 2006, il a été victime d'un accident alors qu'il circulait au volant de son véhicule. Au croisement de deux routes, il a été percuté sur le flanc droit par un camion. L'assuré a été hospitalisé à l'Hôpital C._ jusqu'au 12 septembre 2006. Les médecins du service de chirurgie thoracique et vasculaire de l'Hôpital C._ ont posé les diagnostics principaux de pneumothorax droit drainé, contusion pulmonaire minime, fracture des côtes cervicales droites, "fracture-arrachement" de l'épine iliaque antéro-supérieure droite, plaie du conduit auditif externe droit et fracture du coude droit; ils ont en outre retenu le diagnostic secondaire de décompensation psychotique (rapport du 19 septembre 2006). La CNA a pris en charge le cas. A._ a présenté une incapacité totale de travail et n'a plus repris son travail. Son contrat de travail a été résilié au 30 avril 2007.
Par lettre du 9 avril 2009, la CNA a informé l'assuré qu'elle mettait un terme à la prise en charge des frais de traitement (sous réserve de certaines prestations) ainsi qu'au versement des indemnités journalières à compter du 31 mai 2009. Par décision du 5 mai 2009, elle lui a alloué une indemnité pour atteinte à l'intégrité d'un taux de 7,5 %. En outre, elle a nié le droit de l'assuré à une rente d'invalidité et a refusé de prester pour les troubles psychogènes, en raison de l'absence de causalité adéquate entre ces troubles et l'accident du 7 septembre 2006. Saisie d'une opposition contre la décision du 5 mai 2009, la CNA l'a partiellement admise en ce sens qu'elle a mis fin au droit de l'assuré aux prestations en nature et en espèces avec effet au 18 juin 2009 en lieu et place du 31 mai 2009 (décision sur opposition du 9 novembre 2009).
B.
B.a. A._ a interjeté recours contre la décision sur opposition devant la Cour des assurances sociales du Tribunal cantonal du canton de Vaud. Le Juge instructeur a ordonné une expertise judiciaire pluridisciplinaire, laquelle a été réalisée par le docteur D._, chef de clinique au sein du service de rhumatologie de l'Hôpital C._, et par les docteurs E._, spécialiste en psychiatrie et psychothérapie, et F._, médecin assistant au sein du Département de psychiatrie de l'Hôpital C._. Sur le plan somatique, l'expert a essentiellement fait état de douleurs chroniques au niveau du membre supérieur droit, des genoux et de la hanche droite, se traduisant par une importante boiterie. Sur le plan psychique, les experts ont retenu les diagnostics de syndrome douloureux somatoforme persistant (F45.4) et de troubles anxieux et dépressifs mixtes (F41.2). Statuant le 29 septembre 2014, l'autorité cantonale a admis le recours, a annulé la décision sur opposition du 9 novembre 2009 et a renvoyé la cause à la CNA pour calcul des prestations au sens des considérants. En résumé, elle a considéré que l'assuré avait droit aux indemnités journalières ainsi qu'à la prise en charge des frais de traitement jusqu'au 3 septembre 2009. En outre, elle a retenu que les troubles anxieux et dépressifs mixtes entraînaient à eux seuls une incapacité totale de travail et a renvoyé la cause à la CNA pour que celle-ci fixe le montant de la rente d'invalidité à laquelle avait droit l'assuré et procède à une nouvelle estimation du taux de l'indemnité pour atteinte à l'intégrité, en incluant l'affection psychique.
B.b. Sur recours de la CNA, le Tribunal fédéral a annulé le jugement cantonal précité par arrêt du 16 novembre 2015 (8C_804/2014) et a renvoyé la cause à la juridiction cantonale pour nouvelle décision au sens des considérants. Il est arrivé à la conclusion que l'accident du 7 septembre 2006 ne pouvait pas être tenu pour la cause adéquate des troubles psychiques de l'assuré. En outre, il a constaté que la juridiction cantonale n'avait pas examiné la question de l'incapacité de travail de l'assuré due aux atteintes somatiques, ni celle du taux de l'atteinte à l'intégrité pour ces seules atteintes.
B.c. Statuant à nouveau par arrêt du 1er février 2017, la Cour des assurances sociales a admis le recours, a annulé la décision sur opposition du 9 novembre 2009 et a renvoyé la cause à la CNA pour nouvelle décision au sens des considérants. Elle a considéré que l'assuré avait droit aux indemnités journalières ainsi qu'à la prise en charge des frais de traitement jusqu'au 3 septembre 2009. En outre, elle a retenu que les troubles somatiques entraînaient une incapacité de travail de 50 % et a renvoyé la cause à la CNA pour que celle-ci fixe le montant de la rente d'invalidité à laquelle avait droit l'assuré et procède à une nouvelle estimation du taux de l'indemnité pour atteinte à l'intégrité.
B.d. La CNA à interjeté un recours en matière de droit public contre ce jugement, en concluant à son annulation en tant qu'il reconnaissait à l'assuré une capacité de travail réduite de moitié dans une activité adaptée et au renvoi de la cause à la juridiction cantonale pour qu'elle procède à la mise en oeuvre d'une nouvelle expertise médicale sur le plan purement somatique. Par arrêt 8C_197/2017 du 5 décembre 2017, le Tribunal fédéral a admis ce recours, a annulé le jugement du Tribunal cantonal du 1er février 2017 dans la mesure où il retenait un taux d'incapacité de travail de 50 % sur le plan purement somatique et a renvoyé la cause à ladite juridiction pour instruction complémentaire au sens des motifs et nouveau jugement.
B.e. La Cour des assurances sociales a complété l'instruction en demandant des éclaircissements à l'expert D._. Par arrêt du 30 décembre 2019, elle a rejeté le recours et a confirmé la décision sur opposition rendue le 9 novembre 2009 par la CNA.
C.
A._ forme un recours en matière de droit public contre cet arrêt, en concluant à sa réforme en ce sens que la cause soit renvoyée à la CNA pour nouvelle fixation de l'indemnité pour atteinte à l'intégrité et qu'une rente d'invalidité fondée sur un taux de 25 % lui soit octroyée dès le 5 mai 2009; à titre subsidiaire, il conclut à l'annulation de l'arrêt attaqué. A._ sollicite en outre le bénéfice de l'assistance judiciaire gratuite.
La CNA conclut au rejet du recours. La cour cantonale et l'Office fédéral de la santé publique ont renoncé à se déterminer.

Considérant en droit :
1.
1.1. Le recours est dirigé contre un arrêt final (<ref-law>) rendu en matière de droit public (<ref-law>) par une autorité cantonale de dernière instance (art. 86 al. 1 let. d LTF). Il a été déposé dans le délai (<ref-law>) et la forme (<ref-law>) prévus par la loi. Il est donc recevable.
1.2. S'agissant d'une procédure concernant l'octroi de prestations en espèces de l'assurance-accidents, le Tribunal fédéral n'est pas lié par les faits établis par la juridiction précédente (<ref-law>).
2.
Est litigieux le point de savoir si c'est à bon droit que la cour cantonale a confirmé la décision sur opposition du 9 novembre 2009, par laquelle la CNA a, d'une part, nié le droit du recourant à une rente d'invalidité et, d'autre part, lui a alloué une indemnité pour atteinte à l'intégrité d'un taux de 7,5 %.
3.
3.1. En ce qui concerne la rente d'invalidité, demeure seul litigieux le point de savoir si, sur le plan strictement somatique, la capacité de travail résiduelle du recourant se trouve entravée par une diminution de rendement propre à ouvrir le droit à des prestations de l'assurance-accidents.
3.2. A cet égard, le jugement entrepris expose correctement les dispositions légales (dans leur teneur valable jusqu'au 31 décembre 2016; cf. ch. 1 des dispositions transitoires relatives à la modification de la LAA du 25 septembre 2015 [RO 2016 4388]) et les principes jurisprudentiels applicables au cas, s'agissant notamment de l'exigence d'un lien de causalité naturelle et adéquate entre l'évènement dommageable et l'atteinte à la santé (<ref-ruling> consid. 1 p. 438 et les références; <ref-ruling> consid. 3.1 et 3.2 p. 181), du principe de la libre appréciation des preuves (art. 61 let. c LPGA) et de la valeur probante des rapports médicaux et des expertises (<ref-ruling> consid. 4.4 p. 469 s.; <ref-ruling> consid. 5.1 p. 232; <ref-ruling> consid. 3 p. 352 ss.). Il suffit par conséquent d'y renvoyer.
On rappellera cependant qu'en principe, le juge ne s'écarte pas sans motifs impérieux des conclusions d'une expertise médicale judiciaire, la tâche de l'expert étant précisément de mettre ses connaissances spéciales à la disposition de la justice afin de l'éclairer sur les aspects médicaux d'un état de fait donné. Selon la jurisprudence, peut notamment constituer une raison de s'écarter d'une expertise judiciaire le fait que celle-ci contient des contradictions, ou qu'une surexpertise ordonnée par le tribunal en infirme les conclusions de manière convaincante. En outre, lorsque d'autres spécialistes émettent des opinions contraires aptes à mettre sérieusement en doute la pertinence des déductions de l'expert, on ne peut pas exclure, selon les cas, une interprétation divergente des conclusions de ce dernier par le juge ou, au besoin, une instruction complémentaire sous la forme d'une nouvelle expertise médicale (<ref-ruling> consid. 6.2.3.2 p. 282; <ref-ruling> consid. 4.4 p. 469 s.; <ref-ruling> consid. 3b/aa p. 352 s.; arrêt 8C_823/2019 du 9 septembre 2020 consid. 5.3.1).
3.3. Appréciant les conclusions de l'expert D._, les juges cantonaux ont admis que l'atteinte à la santé sur le plan somatique - à savoir la persistance d'une symptomatologie douloureuse - reposait sur un substrat organique tenant aux hanches et au coude; s'agissant des hanches, les limitations fonctionnelles tenaient au temps de marche et à la station debout, une pleine capacité étant retenue en position assise, avec alternance des positions, tandis que, quant au coude, il n'y avait plus de limitation objective de la mobilité, mais une limitation en termes de force. Aussi ont-ils relevé que l'expert retenait une parfaite cohérence du tableau clinique au long cours, alors que la capacité fonctionnelle se trouvait en définitive entravée par un mode d'exécution lente, tenant essentiellement à des appréhensions de blocages propres à générer ou accroître la douleur. Ensuite, ils ont constaté que, toujours d'après cet expert, le recourant était capable, sur un plan strictement physique, de faire une journée entière de travail, la diminution de rendement au travail n'étant pas due à un problème somatique, mais étant d'ordre psychique (appréhension quant à la douleur avec mécanismes de surprotection, avec diminution de la concentration due à ceux-ci comme à la prise de médicaments). Selon la cour cantonale, il ressortait des déterminations de l'expert qu'en réalité, celui-ci peinait encore et toujours - respectivement se refusait - à dissocier la cause strictement organique de la diminution du rendement du substrat non organique tenant en résumé aux empreintes du diagnostic de trouble somatoforme retenu sur le plan psychique (qui se trouvait écarté en l'espèce faute de causalité suffisante). Les premiers juges ont également observé que dans cette problématique de l'évaluation d'un rendement au travail au regard des seules limitations physiques, l'expert était peu cohérent, retenant tantôt un taux global de 50 %, tantôt une diminution maximale de 10 % pour l'alternance des positions et des pauses et de 10 à 20 % pour les effets des médicaments. En outre, l'appréciation chirurgicale du 13 mars 2019 de la doctoresse G._, spécialiste en chirurgie générale et traumatologie et médecin de la division de médecine des assurances de la CNA, a conduit les juges cantonaux à constater non pas que l'expert manquait d'objectivité quant aux examens pratiques et à ses conclusions, mais qu'il admettait implicitement ne pas pouvoir se cantonner à une approche strictement somatique des conséquences de l'accident. De plus, ils ont retenu avec la doctoresse G._ que les arguments tirés de la prise de médicaments et de l'impact sur la concentration ne sauraient conduire à une diminution du rendement physique. En définitive, la cour cantonale a conclu que l'analyse strictement médico-théorique du cas par l'expert D._ échappait à la critique, de sorte qu'il n'y avait pas lieu de mettre en oeuvre une nouvelle expertise sur le plan orthopédique. Toutefois, les premiers juges n'ont pas suivi les conclusions de l'expert D._ quant à une diminution de rendement tenant aux seules atteintes physiques, ceci au regard des seules limitations fonctionnelles très claires afférentes à ce seul registre, seules déterminantes pour la résolution du contentieux de l'assurance-accidents. Sur le plan médico-théorique, ils ont ainsi retenu que le recourant disposait d'une pleine capacité de travail dans une activité adaptée à ses limitations fonctionnelles.
3.4.
3.4.1. Le recourant soutient que les juges cantonaux auraient eux-mêmes admis que les douleurs et l'appréhension des douleurs qui mènent à la diminution de la capacité de travail en termes de rendement avaient un substrat organique et qu'il serait par conséquent incompréhensible qu'ils puissent considérer que la diminution du rendement soit due à un problème d'ordre psychique. Ce faisant, il perd toutefois de vue que les premiers juges ont écarté cet argument, comme on vient de le voir (consid. 3.3 supra), en retenant que les douleurs de la hanche avaient été prises en compte dans la mesure où une pleine capacité de travail n'était attestée que pour une position principalement assise avec possibilité d'alternance des positions. Quant au coude, ils ont constaté qu'il n'y avait plus de limitation objective de la mobilité. Ainsi, ni l'expert ni la doctoresse G._ n'ont reconnu de limitations fonctionnelles, puisque, selon le docteur D._, il y avait, chez le recourant, une fracture de l'épicondyle discrètement déplacée sur les radiographies, mais plus de déficit sur le plan fonctionnel imputable à la lésion fracturaire.
3.4.2. Pour le reste, le recourant se borne à affirmer que ce serait à tort que les premiers juges n'ont pas suivi l'expert D._, et à demander qu'on fixe la diminution de rendement à raison de la nécessité d'alternance de postures et de pauses à 10 % et celle liée aux médicaments à 10 % à 20 %, soit 15 %, de manière à arriver à un taux d'incapacité globale de 25 %. Toutefois, la doctoresse G._ démontre de manière détaillée que l'expert D._ avait lui-même attesté à plusieures reprises que les résultats de l'évaluation des capacités fonctionnelles étaient peu ou pas fiables pour retenir une diminution de rendement. Concernant les médicaments, il ressort de l'appréciation circonstanciée de la médecin-conseil - à laquelle la cour cantonale se réfère - que le recourant les prend de façon irrégulière et sous-dosée, si bien qu'ils ne peuvent pas entraîner les effets secondaires incriminés et ne peuvent pas être à l'origine d'une diminution de rendement. Dès lors, la cour cantonale s'est écartée à juste titre des conclusions de l'expert D._ pour retenir une pleine capacité de travail dans une activité adaptée aux limitations fonctionnelles.
4.
4.1. Concernant l'indemnité pour atteinte à l'intégrité, le recourant fait grief à la cour cantonale d'avoir tranché une question dont elle n'était pas saisie en confirmant intégralement la décision sur opposition rendue le 9 novembre 2009 par l'intimée.
4.2. L'objet du litige dans la procédure judiciaire consécutive à la décision administrative est le rapport juridique qui - dans le cadre de l'objet de la contestation déterminé par la décision - constitue, d'après les conclusions du recours, l'objet de la décision qui est effectivement attaqué. D'après cette définition, l'objet de la contestation et l'objet du litige sont identiques lorsque la décision administrative est attaquée dans son ensemble. En revanche, lorsque le recours ne porte que sur une partie des rapports juridiques déterminés par la décision, les rapports juridiques non contestés sont certes compris dans l'objet de la contestation, mais pas dans l'objet du litige (<ref-ruling> consid. 2.1 p. 164 s.; <ref-ruling> consid. 1b et 2 p. 414 ss. et les références citées). Les questions qui - bien qu'elles soient visées par la décision administrative et fassent ainsi partie de l'objet de la contestation - ne sont plus litigieuses, d'après les conclusions du recours, et qui ne sont donc pas comprises dans l'objet du litige, ne sont examinées par le juge que s'il existe un rapport de connexité étroit entre les points non contestés et l'objet du litige (arrêt 8C_605/2018, 8C_639/2019 du 22 mai 2019 consid. 6.2 et les références citées, in SVR 2020 UV n. 2 p. 5).
4.3. En l'occurrence, l'intimée avait statué dans sa décision sur opposition du 9 novembre 2009 sur deux rapports juridiques distincts sans lien de connexité en statuant d'une part sur le droit à une rente d'invalidité, et d'autre part sur le droit à une indemnité pour atteinte à l'intégrité (cf. arrêts 8C_605/2018, 8C_639/2019 du 22 mai 2019 consid. 6.2, in SVR 2020 n. 2 p. 5; 8C_451/2009 du 18 août 2010 consid. 1.2). Dans son arrêt du 1er février 2017, l'instance cantonale avait renvoyé la cause à l'intimée pour nouvelle décision s'agissant du degré d'invalidité et du taux de l'indemnité pour atteinte à l'intégrité. Ensuite, l'intimée a recouru au Tribunal fédéral contre cet arrêt en demandant son annulation, mais uniquement en tant qu'il reconnaissait à l'assuré une capacité de travail réduite de moitié dans une activité adaptée. En conséquence, le Tribunal fédéral a annulé le jugement du 1er février 2017 dans la mesure où il retenait un taux d'incapacité de travail de 50 % et a renvoyé la cause pour instruction complémentaire à la cour cantonale (arrêt 8C_197/2017 du 5 décembre 2017, dispositif ch. 1). Il ressort des considérants de cet arrêt que la CNA ne contestait pas le fait qu'elle devrait procéder à une nouvelle évaluation de l'atteinte à l'intégrité de l'assuré (consid. 3 de l'arrêt précité). Dans l'arrêt du 30 décembre 2019, la Cour des assurances sociales a ainsi exposé que le litige était désormais circonscrit au point de savoir si, sur le plan somatique, la capacité de travail résiduelle du recourant se trouvait entravée par une diminution de rendement propre à ouvrir le droit à des prestations de l'assurance-accident.
Il appert ainsi qu'à partir du recours de la CNA contre l'arrêt du Tribunal cantonal du 1er février 2017, la question de l'indemnité pour atteinte à l'intégrité ne faisait plus partie de l'objet du litige, de sorte que les premiers juges ne pouvaient plus l'examiner de leur propre chef. Il s'ensuit que le recours doit être partiellement admis et l'arrêt du Tribunal cantonal du 30 décembre 2019 annulé en tant qu'il confirme (dans son dispositif) l'indemnité pour atteinte à l'intégrité basée sur un taux de 7,5 % qui a été allouée dans la décision sur opposition du 9 novembre 2009.
5.
Le recourant n'obtient que partiellement gain de cause sur ses conclusions. Il se justifie dès lors de répartir les frais judiciaires entre le recourant à raison des trois quarts et l'intimée à raison d'un quart (<ref-law>) et d'allouer au recourant une indemnité de dépens réduite dans la même proportion, à la charge de l'intimée (<ref-law>).
Cependant, le recourant a déposé une demande d'assistance judiciaire. Dès lors que les conditions d'octroi sont réalisées (art. 64 al. 1 et 2 LTF), l'assistance judiciaire lui sera accordée. Le recourant est toutefois rendu attentif au fait qu'il devra rembourser la caisse du Tribunal fédéral, s'il retrouve ultérieurement une situation financière lui permettant de le faire (<ref-law>).

Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce :
1.
Le recours est partiellement admis. La décision du Tribunal cantonal du canton de Vaud, Cour des assurances sociales, du 30 décembre 2019 est annulée en tant qu'elle confirme l'indemnité pour atteinte à l'intégrité basée sur un taux de 7,5 %. Le recours est rejeté pour le surplus.
2.
L'assistance judiciaire est accordée et Maître Philippe Nordmann est désigné comme avocat d'office du recourant.
3.
Les frais judiciaires, arrêtés à 800 fr., sont mis pour 600 fr. à la charge du recourant et pour 200 fr. à celle de l'intimée. Toutefois, les frais mis à la charge du recourant sont supportés provisoirement par la Caisse du Tribunal fédéral.
4.
Une indemnité de 700 fr. est allouée au recourant à la charge de l'intimée pour la dernière instance.
5.
Une indemnité de 2100 fr. est allouée à l'avocat du recourant à titre d'honoraires à payer par la Caisse du Tribunal fédéral.
6.
La cause est renvoyée au Tribunal cantonal du canton de Vaud, Cour des assurances sociales, pour nouvelle décision sur les dépens de la procédure antérieure.
7.
Le présent arrêt est communiqué aux parties, au Tribunal cantonal du canton de Vaud, Cour des assurances sociales, et à l'Office fédéral de la santé publique.
Lucerne, le 4 décembre 2020
Au nom de la Ire Cour de droit social
du Tribunal fédéral suisse
Le Président : Maillard
La Greffière : Betschart