Dans cette thèse, nous étudions des systèmes nano-électro-mécaniques (NEMS) en conditions cryogéniques (de 30 mK à 30 K) sensibles à des conditions de fluctuations ou de désordre. Les phénomènes fondamentaux étudiés sont omniprésents dans la physique des NEMS, et pour certains vont même au-delà avec des analogies vers d’autres disciplines de la physique, comme les transitions de phase ou la RMN.Dans la première partie de cette thèse, nous nous intéressons ainsi au bruit d'amplitude du NEMS, fournissant un exemple de mouvement Brownien dans un potentiel de confinement. Du fait de la non-linéarité géométrique intrinsèque au système, l'anharmonicité du potentiel transduit le mouvement Brownien de chaque mode mécanique en fluctuations des fréquences propres de résonance. Ainsi, nous observons expérimentalement un phénomène de diffusion spectrale, se traduisant par un élargissement et un décalage de la raie de résonance non-triviaux rendant compte de la compétition entre la diffusion de la phase de la réponse du mode due à la transduction, et les mécanismes de relaxation du mode fluctuant. Une approche par intégrale de chemin de la diffusion capture l'effet analytiquement. Un tel mécanisme altère la résonance d'un mode mécanique sans influer sur les échanges d'énergie avec le bain thermodynamique du mode. En outre, l'introduction d'une forte excitation sinusoïdale agit en retour sur les fluctuations hors équilibre via la non-linéarité, ralentissant la dynamique du système et comprimant ses fluctuations pour certains points critiques de l'espace des paramètres, près du ou dans le régime de la réponse bistable permise par la non-linéarité. Enfin, des expériences-modèles ont été réalisées afin de comprendre en détail la décohérence mécanique classique à l’aide d’un bruit en fréquence extrinsèque, réalisé à l’aide d’une grille couplée au NEMS.La deuxième partie de cette thèse explore plus en détail certains mécanismes microscopiques de relaxation d'énergie ou du bruit en fréquence interne d’un mode mécanique, encore partiellement incompris pour les NEMS. Nous considérons d’abord le cas d’une contribution extérieure, mais universelle, qui a pour origine le transfert d’impulsion entre le NEMS et le gaz présent dans la cellule expérimentale, ici l’hélium 4. Dans la limite des faibles densités, la théorie cinétique décrit la dissipation dans le gaz ballistique. De façon inattendue, nous observons aux plus basses pressions atteignables une déviation à la théorie. Nous montrons pour plusieurs températures et plusieurs échantillons que cette déviation s’échelonne avec le rapport entre le libre parcours moyen des atomes dans le gaz et la hauteur du NEMS vis-à-vis du fond de l’échantillon. Ce résultat est justifié par un modèle phénoménologique prenant en compte la réflexion diffusive des atomes du gaz sur le mur du fond, qui présente à petite échelle une structure désordonnée. Cette réflexion résulte en une déviation à la Maxwellienne près du fond, et donc en l’établissement d’un gradient de densité du gaz sur une longueur de l’ordre du libre parcours moyen, qui renormalise le taux de relaxation d’énergie mécanique. Ainsi, le NEMS agit comme une sonde non-invasive d’un milieu hors équilibre du fait de ses très petites dimensions transverses. Enfin, nous mesurons la dissipation intrinsèque du NEMS jusqu’à 30 milliKelvin. Nous mettons en évidence le rôle des excitations de basse énergie couplées à la déformation du NEMS dans la relaxation d’énergie mécanique. Ces excitations, permises par la structure désordonnée des matériaux constitutifs du NEMS, sont modélisées comme des atomes se déplaçant par effet tunnel entre deux positions équivalentes du réseau atomique (TLS). Nous obtenons également le bruit en fréquence intrinsèque en développant une nouvelle technique de mesure utilisant la non-linéarité du NEMS. L’étude poussée nous permet de lier phénoménologiquement les deux phénomènes.