La matière noire ultralégère (avec pour acronyme anglais ULDM), classe de candidats de matière noire de faible masse (plus petites qu'1 eV), constitue une alternative pertinente aux modèles historiquement dominants, tels que les WIMPs, et a récemment fortement attiré l’attention de la communauté scientifique. Dans cette thèse, nous étudions de nombreuses stratégies expérimentales pour la détection directe d’ULDM, au sol et dans l’espace. Plus précisément, nous proposons une modélisation théorique d’expériences actuelles et futures, et nous dérivons une estimation de leurs sensibilités respectives. Nous nous concentrons principalement sur trois types de phénoménologies. La première consiste en une interaction entre un candidat de matière noire vectoriel, plus communément appelé photon noir (DP), et l’électromagnétisme, qui induit un faible champ électrique oscillant à la fréquence de Compton du DP. Nous proposons d’abord une méthode innovante pour détecter ce petit champ électrique, qui consiste à mesurer l’effet Stark quadratique sur des atomes de Rydberg, piégés au centre d’une cavité micro-onde. Nous montrons qu’une telle expérience aurait une sensibilité lui permettant d’être compétitive avec les expériences de laboratoire existantes. Une autre façon de détecter ce champ électrique consiste en l’utilisation d’une antenne parabolique qui le réfléchit et concentre ainsi la puissance électromagnétique en son centre de courbure, où l’on place une antenne cornet (par exemple, l’expérience SHUKET au CEA Saclay). Nous investiguons analytiquement les effets de diffraction et de couplage de mode dans ce type de configuration, et nous montrons que l’intensité du signal attendu peut être significativement réduite comparativement aux estimations habituelles. Dans cette étude, nous proposons aussi une optimisation des paramètres expérimentaux pour augmenter le signal. La seconde phénoménologie d’intérêt pour cette thèse est l’oscillation de la masse et de la fréquence de transition d’atomes ou de masses tests. Ces oscillations pourraient être produites par le couplage non universel entre les particules du Modèle Standard et un candidat scalaire de matière noire, comme le dilaton ou l’axion. Nous étudions en détail l’impact de ces oscillations sur plusieurs variations d’interféromètres atomiques et sur des expériences de tests classiques de l’universalité de la chute libre, et nous démontrons comment ces différentes expériences pourraient sonder des régions inexplorées de l’espace des paramètres. Ces oscillations de masse au repos pourraient aussi être observées à l’aide de détecteurs spatiaux d’ondes gravitationnelles, comme LISA, et nous investiguons la possibilité d’une telle détection en utilisant des orbites réalistes pour le détecteur. En particulier, en utilisant des méthodes bayésiennes, nous montrons que LISA pourra en effet séparer un signal de matière noire d’un signal d’ondes gravitationnelles. Nous montrons aussi que la faible vitesse de l’onde de matière noire n’est pas résoluble sur la majorité de la bande de fréquences de LISA, ce qui induit une diminution de la sensibilité de l’expérience aux constantes de couplage de la matière noire scalaire par rapport aux estimations précédentes. Enfin, nous étudions la biréfringence du vide induite par l’interaction entre les photons et les axions, et nous nous intéressons à sa possible détection à l’aide de cavités optiques, de fibres optiques et de LISA. En particulier, nous montrons qu’une légère modification des bancs optiques de LISA lui permettrait de devenir l’expérience la plus sensible à ce couplage à faibles masses.