Cette thèse porte sur l'étude des bruits fondamentaux qui limitent la sensibilité des mesures interférométriques de position d'un résonateur optomécanique de haut facteur de qualité mécanique, couplé dans un environnement cryogénique à une cavité Fabry-Perot de grande finesse. Nous avons d'abord étudié le bruit thermique du résonateur et l'avons réduit pour nous approcher de l'état quantique fondamental d'un résonateur mécanique macroscopique. Nous présentons nos résultats expérimentaux, obtenus avec deux géométries différentes de résonateurs, en détaillant leurs avantages et inconvénients respectifs. Dans un deuxième temps, nous étudions les sources de bruit liées à la nature quantique de la lumière. Ces deux bruits, le bruit quantique de phase et celui de pression de radiation, sont les limites les plus fondamentales aux mesures interférométriques de position, et limitent déjà la sensibilité des interféromètres gravitationnels sur une large plage de fonctionnement. Nous présentons tout d’abord le développement d'une source de lumière comprimée, optimisée pour sonder les déplacements d’un oscillateur mécanique résonnant dans la gamme du MHz. Cette source réduit aujourd’hui le bruit quantique d’un facteur 2. Nous présentons ensuite succinctement le développement d’une source optimisée pour un interféromètre gravitationnel, pour des fréquences inférieures à quelques kHz. Enfin nous présentons la conception et la réalisation d'une nouvelle géométrie de cavité fibrée cryogénique, couplée au mouvement d'une membrane nanométrique de SiN, qui permettra d'observer le bruit quantique de pression de radiation et de mettre en évidence l’effet de la lumière comprimée sur la mesure.