Faits :
A.
A._ travaillait comme femme de ménage pour divers employeurs. Aucun de ceux-ci n'avait conclu d'assurance-accidents en sa faveur. Le 8 décembre 2005, la prénommée a été renversée par une voiture alors qu'elle traversait un passage piétons. Elle a souffert d'une fracture du bassin de type Tile B II, d'une fracture multi-fragmentaire intra-articulaire de la palette humérale droite, d'une atteinte tri-tronculaire des nerfs médian, radial et cubital à droite, ainsi que d'une fracture de l'humérus proximal gauche de type Neer III. La Caisse supplétive LAA (ci-après: la caisse) est intervenue. Elle a alloué à A._ des indemnités journalières, fondées sur une incapacité de travail de 100 %, et pris en charge les frais médicaux.
Au début de l'année 2008, la caisse a mis sur pied une expertise pluridisciplinaire (orthopédique, neurologique et psychiatrique). Selon les rapports respectifs des médecins mandatés - les docteurs B._, C._ et D._ - l'assurée présentait des séquelles douloureuses du membre supérieur droit et de l'épaule, une neuropathie persistante du nerf cubital droit, ainsi qu'un état de stress post-traumatique associé à un syndrome dépressif en rémission partielle qui l'empêchaient de reprendre son ancienne activité de femme de ménage ainsi que toute autre activité. Parallèlement, la caisse a mandaté un détective privé pour observer l'assurée dans sa vie quotidienne. Sur la base des rapports d'observation de ce détective (des 4 et 25 septembre 2008) - lesquels concluaient que l'assurée n'était aucunement restreinte ou gênée dans l'accomplissement de ses mouvements -, du rapport de son médecin-conseil, le docteur E._ (spécialiste FMH en chirurgie orthopédique), du 27 novembre 2008, et après avoir donné à l'assurée la possibilité de s'expliquer, la caisse a rendu le 11 décembre 2008 une décision par laquelle elle a déclaré mettre fin à toutes ses prestations avec effet au 1 er juillet 2007 et demandé le remboursement d'un montant de 48'377 fr., correspondant aux indemnités journalières versées, à tort selon elle, entre le 1 er juillet 2007 et le 31 août 2008. Saisie d'une opposition de l'assurée, la caisse l'a rejetée et porté à 63'385 fr. 90 (soit 15'008 fr. 90 de plus pour les frais de guérison) sa demande de restitution dans une nouvelle décision du 30 avril 2009.
A la suite d'une plainte pénale de la caisse pour escroquerie, le Juge d'instruction de l'arrondissement de G._ a ouvert le 13 mai 2009 une instruction pénale contre A._.
B.
B.a. Par acte du 29 mai 2009, l'assurée a recouru contre la décision sur opposition de la caisse devant la Cour des assurances sociales du Tribunal cantonal vaudois.
B.b. Par décision du 22 octobre 2009, le tribunal cantonal a suspendu la procédure "jusqu'à droit connu sur le procès pénal". A._ a formé un recours contre cette décision devant le Tribunal fédéral, lequel l'a admis et annulé la décision du 22 octobre 2009 (arrêt 8C_982/2009 du 5 juillet 2010).
B.c. La juge instructeur a ordonné la mise en oeuvre d'une expertise judiciaire pluridisciplinaire qu'elle a confiée au Centre F._. Il ressort du rapport d'expertise du 28 septembre 2012, que sur le plan somatique (orthopédique et neurologique), les atteintes à la santé de l'intimée entraînaient une incapacité de travail complète et définitive dans son activité de femme de ménage. Celle-ci ne s'était pas modifiée depuis octobre 2008. En revanche, dans une activité légère, adaptée aux limitations fonctionnelles de l'assurée, la capacité de travail était entière mais avec une diminution de rendement de 20 %. Sur le plan psychique, les experts ont retenu un trouble anxieux et dépressif mixte (F 41.2). La capacité de travail était entière mais avec une diminution de rendement de 10 %, vu la fatigabilité psychique, le ralentissement et la difficulté à se concentrer. Interpellés sur le rapport de surveillance de l'assurée, les experts du Centre F._ ont indiqué que les observations faites par le détective privé n'avaient pas montré l'assurée en condition d'exercice de sa profession dans la durée, de sorte qu'elles n'étaient pas de nature à remettre en cause leurs conclusions. L'expertise du Centre F._ retranscrit par ailleurs les déclarations au juge d'instruction des premiers experts ayant examiné l'assurée en 2008 après qu'ils eurent à leur tour visionné les images du détective.
Dans ses déterminations du 13 décembre 2012, la caisse a sollicité un complément d'expertise. A l'appui de son écriture, elle a produit un rapport établi le 12 novembre 2012 par le docteur E._). A._ s'est opposée au complément d'instruction requis. Dans son mémoire final du 6 janvier 2014, elle a conclu à l'annulation de la décision du 30 avril 2009 et à ce que la caisse lui verse des indemnités journalières de 100 % dès le 1 er juillet 2007 jusqu'au 15 avril 2009, puis une rente d'invalidité dès le 16 avril 2009, ainsi qu'une indemnité pour atteinte à l'intégrité de 45 %. Elle a également requis la prise en charge des frais de traitement du 8 décembre 2005 jusqu'au 15 avril 2009 puis, dès cette date, la prise en charge du traitement médicamenteux et du suivi psychiatrique.
Par arrêt du 25 septembre 2014, la Cour des assurances sociales du Tribunal cantonal du canton de Vaud a admis le recours, dans la mesure de sa recevabilité, et réformé la décision sur opposition du 30 avril 2009 en ce sens que la caisse devait prendre en charge les suites de l'événement accidentel survenu le 8 décembre 2005.
C.
La caisse interjette un recours en matière de droit public contre ce jugement. A titre principal, elle demande que sa décision sur opposition du 30 avril 2009 soit confirmée, subsidiairement qu'elle ne soit plus tenue à prestations dès le 10 octobre 2008 et plus subsidiairement encore, dès le 15 avril 2009. A titre très subsidiaire, elle conclut à l'annulation du jugement et au renvoi de la cause à l'autorité précédente pour nouvelle instruction et nouvelle décision dans le sens des considérants.
A._ conclut au rejet du recours et sollicite le bénéfice de l'assistance judiciaire gratuite.
L'Office fédéral de la santé publique a renoncé à se déterminer.

Considérant en droit :
1.
Le litige porte sur le point de savoir si c'est à juste titre que la recourante a mis fin à toutes ses prestations avec effet au 1 er juillet 2007 et si les conditions d'une restitution des prestations versées au-delà de cette date sont réalisées.
2.
2.1. Invoquant tour à tour une violation de l'art. 61 let. c LPGA, une application arbitraire du droit cantonal de procédure, une appréciation arbitraire des preuves ainsi qu'une violation de son droit d'être entendue, la recourante sollicite un complément d'expertise. Elle reproche aux premiers juges de ne pas avoir statué explicitement sur cette requête déjà présentée en instance cantonale. La nécessité d'une nouvelle expertise se justifie, selon elle, par le fait que l'expertise judiciaire n'est pas convaincante. En outre, il était nécessaire de connaître la capacité de travail de l'intimée et son évaluation entre juillet 2007 et la date de la suppression des prestations ainsi que jusqu'à la date de l'expertise judiciaire. La recourante reproche par ailleurs aux premiers juges d'avoir retenu que les experts B._, C._ et D._ avaient confirmé leurs conclusions sur la capacité de travail de l'intimée après avoir visionné les images filmées par le détective, ce qui était, selon elle, contraire à l'état de fait.
2.2. La violation de la maxime inquisitoire (ou, autrement dit, du devoir d'administrer les preuves nécessaires) n'a pas une portée absolue. En effet, le juge peut renoncer à accomplir certains actes d'instruction sans que cela n'entraîne une violation du devoir d'administrer les preuves nécessaires (art. 61 let. c LPGA) ou plus généralement une violation du droit d'être entendu s'il est convaincu, en se fondant sur une appréciation consciencieuse des preuves (cf. <ref-ruling> consid. 3a p. 352), que certains faits présentent un degré de vraisemblance prépondérante et que d'autres mesures probatoires ne pourraient plus modifier cette appréciation (sur l'appréciation anticipée des preuves, cf. <ref-ruling> consid. 3 p. 157; <ref-ruling> consid. 2 p. 429).
2.3. En principe, le juge ne s'écarte pas sans motifs impérieux des conclusions d'une expertise 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 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 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. 3b/aa p. 352 et les références citées).
2.4. En l'espèce, l'expertise du Centre F._ remplit, quoi qu'en dise la recourante, les exigences auxquelles la jurisprudence soumet la valeur probante d'un tel document. Les conclusions procèdent en effet d'une analyse complète de l'ensemble des circonstances déterminantes ressortant de l'anamnèse, du dossier médical (y compris le rapport du détective et les extraits vidéos) et de l'examen clinique. Les réponses apportées par les experts aux questions posées tant par la recourante que par l'intimée sont par ailleurs complètes et convaincantes. On ne voit en outre pas que le rapport contienne des contradictions, ni des défauts manifestes. En particulier, il n'y a pas lieu, comme l'ont relevé les premiers juges, de suivre les conclusions du docteur E._, l'avis isolé et au demeurant assez sommaire du médecin-conseil de l'assureur ne pouvant l'emporter sur les conclusions de l'expertise judiciaire.
Enfin, contrairement à ce qu'affirme la recourante, les constatations de la juridiction cantonale selon lesquelles les premiers experts avaient confirmé leurs conclusions après avoir visionné les images du détective, ne sont pas en contradiction avec l'état de fait. En effet, l'expert C._ a déclaré que s'il avait visionné ces images avant de rédiger son rapport, cela n'aurait en rien modifié son diagnostic. Pour l'expert D._, l'attitude de l'assurée sur les images n'était pas en contradiction flagrante avec ses constatations. Quant à l'expert B._, s'il est vrai qu'il n'a pas confirmé ses conclusions prises en 2008 après avoir visionné les images, il a cependant indiqué que pour évaluer correctement la capacité de travail résiduelle de l'assurée, une nouvelle appréciation était nécessaire. Or, pareille évaluation, postérieure à la surveillance de l'intimée, fait précisément l'objet de l'expertise judiciaire.
Cela étant, les premiers juges n'avaient aucun motif sérieux de s'écarter de l'expertise judiciaire, ni d'ordonner un complément d'expertise ou une surexpertise.
3.
3.1. Les experts du Centre F._ ont retenu, sur le plan orthopédique, qu'en raison d'une consolidation non anatomique de la fracture de l'humérus gauche, il y avait une limitation fonctionnelle de cette épaule, équivalant à la moitié de l'amplitude articulaire habituelle. Cette situation empêchait les activités avec le membre supérieur placé en-dessus du plan horizontal de l'épaule, surtout si elles étaient répétitives. Quant aux séquelles présentes au niveau de la sacro-iliaque droite, elles constituaient un facteur limitant pour les marches de longue durée, les stations debout prolongées ainsi que la montée répétitive d'escaliers ou d'échelles. Sur le plan neurologique, il existait une atteinte séquellaire modérée du nerf cubital droit au niveau du coude avec une composante dysesthésique importante, laquelle entraînait des difficultés dans toutes les activités de force et répétitives du membre supérieur droit ainsi qu'accessoirement dans une activité nécessitant une dextérité manuelle importante de la main droite chez une droitière. Sur le plan somatique, l'incapacité de travail comme femme de ménage était totale. Celle-ci ne s'était pas modifiée depuis octobre 2008. En revanche, dans une activité légère, adaptée aux limitations fonctionnelles de l'assurée, la capacité de travail était entière mais avec une diminution de rendement de 20 %. Sur le plan psychique, les experts ont retenu un trouble anxieux et dépressif mixte (F 41.2). La capacité de travail était entière mais avec une diminution de rendement de 10 %, vu la fatigabilité psychique, le ralentissement et la difficulté à se concentrer.
3.2. Il ressort de cette expertise que l'assurée est définitivement et totalement incapable, depuis l'accident, d'exercer son ancienne profession de femme de ménage. Or, l'indemnité journalière est en principe accordée en fonction de l'incapacité de travail dans la profession habituelle (cf. RAMA 2000 n° U 366, p. 92; art. 6 al. 1, première phrase, LPGA). Dès lors que l'intimée ne pouvait plus exercer son activité lucrative habituelle en raison d'atteintes sur le plan somatique, la recourante ne pouvait pas nier, en se fondant sur les observations du détective privé, le droit à l'indemnité journalière à partir du 1er juillet 2007. Par conséquent, c'est à tort que la recourante a mis fin à toutes ses prestations avec effet au 1er juillet 2007 et demandé le remboursement de celles versées entre cette date et le 31 août 2008.
4.
La recourante reproche encore à la juridiction cantonale d'avoir réformé la décision sur opposition en lui prescrivant de verser des prestations sans limite de temps et de quotité alors que l'intimée elle-même avait conclu au versement d'indemnités journalières entre le 1er juillet 2007 et le 15 avril 2009.
Les premiers juges n'ont fait que constater que la recourante n'avait pas le droit d'interrompre le versement de ses prestations à partir du 1er juillet 2007, ni de réclamer celles déjà versées, dès lors que l'intimée était alors totalement incapable de reprendre son ancienne profession. Pour ce qui est de la période postérieure au mois d'août 2008, rien n'empêche la recourante de mettre fin à ses prestations de courte durée (traitement médical et indemnités journalières) aux conditions fixées par la loi (<ref-law>) et d'examiner, cas échéant, si l'intimée a droit à une rente et à une indemnité pour atteinte à l'intégrité.
5.
La recourante fait valoir que la décision attaquée est muette sur la causalité adéquate entre les troubles psychiques de l'intimée et l'accident. Cette question peut rester ouverte à ce stade. Elle devra être examinée par la recourante dans le cadre de l'examen du droit aux prestations de l'intimée postérieurement au mois d'août 2008.
6.
6.1. Invoquant une violation de l'art. 61 let. g LPGA ainsi qu'une application arbitraire du droit cantonal (art. 7 du TARIF des frais judiciaires et des dépens en matière de droit des assurances sociales [TFJAS; RS/VD 173.36.5.2]), la recourante fait valoir que c'est à tort que la juridiction cantonale a alloué à l'intimée des dépens d'un montant de 5'000 fr., correspondant au maximum de la fourchette prévue par le droit cantonal, alors qu'elle a déclaré irrecevable une partie non négligeable de ses conclusions complémentaires prises le 6 janvier 2014. Elle soutient en outre que les dépens auraient dû être compensés, au motif qu'elle aurait obtenu partiellement gain de cause, tout comme l'intimée.
6.2. Selon l'art. 61 let. g LPGA, le recourant qui obtient gain de cause devant le tribunal cantonal des assurances a droit au remboursement de ses frais et dépens dans la mesure fixée par le tribunal; leur montant est déterminé sans égard à la valeur litigieuse d'après l'importance et la complexité du litige. Le point de savoir si et à quelles conditions une partie a droit à des dépens en instance cantonale de recours lorsqu'elle obtient gain de cause relève du droit fédéral (cf. <ref-ruling> consid. 2.2 p. 115 et les arrêts cités). En revanche, la fixation du montant de l'indemnité de dépens ressortit au droit cantonal. Or, le Tribunal fédéral ne peut revoir les questions de droit cantonal que sous l'angle restreint de l'arbitraire, dans le cadre d'un moyen pris de la violation d'un droit constitutionnel (cf. art. 95 et 96 LTF, a contrario), expressément soulevé et développé avec la précision requise à l'<ref-law> (<ref-ruling> consid. 2.3 p. 466; <ref-ruling> consid. 1.2.1 p. 251).
6.3. En l'occurrence, le litige portait en procédure cantonale sur le droit de la recourante de mettre fin à ses prestations et de réclamer les prestations déjà versées. Sur ces questions, l'intimée a obtenu gain de cause, la juridiction cantonale ayant condamné la caisse à maintenir ses prestations. Cela avait pour corollaire un examen par la recourante des conclusions prises par l'intimée dans son mémoire final. Dans ces conditions, les premiers juges pouvaient considérer que l'intimée avait obtenu gain de cause et lui accorder une indemnité non réduite. La recourante méconnaît par ailleurs le fait qu'il n'y a pas lieu à compensation des dépens dans l'assurance sociale (cf. UELI KIESER, ATSG Kommentar, n° 199 ad art. 61 let. g LPGA). Pour le reste, la recourante ne démontre pas que les premiers juges aient fait preuve d'arbitraire en allouant un montant de 5'000 fr.
7.
Vu ce qui précède, le jugement attaqué n'est pas contestable et le recours se révèle mal fondé.
8.
La recourante, qui succombe, supportera les frais judiciaires (<ref-law>). L'intimée a droit à une indemnité de dépens à la charge de la recourante (<ref-law>). Le versement de dépens rend sans objet la demande d'assistance judiciaire déposée en instance fédérale.

Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce :
1.
Le recours est rejeté.
2.
Les frais judiciaires, arrêtés à 800 fr., sont mis à la charge de la recourante.
3.
La recourante versera à l'intimée la somme de 2'800 fr. à titre de dépens pour la procédure devant le Tribunal fédéral.
4.
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 2015
Au nom de la Ire Cour de droit social
du Tribunal fédéral suisse
La Présidente : Leuzinger
La Greffière : Fretz Perrin