A.- a) C._, travaillait en qualité de machiniste au service de l'entreprise X._. A ce titre, il était assuré contre le risque d'accident par la Caisse nationale suisse d'assurance en cas d'accidents (ci-après : CNA). Le 6 juillet 1989, il fut victime d'un accident de chantier au cours duquel il se fit prendre le pied sous le cadre d'un malaxeur tandis qu'il chargeait du matériel sur un camion. Transporté au Centre médico-chirurgical Y._, il fut examiné par le docteur A._ qui diagnostiqua une fracture ouverte double du gros orteil gauche, avec nécrose tissulaire. Un traitement chirurgical fut entrepris, comportant une exploration, un débridement et une suture. La CNA prit en charge le cas. Dans un rapport du 16 octobre 1989, le docteur B._, médecin d'arrondissement de la CNA, conclut à une reprise du travail progressive de C._ sur les chantiers dès fin octobre ou début novembre, d'abord à temps partiel puis progressivement à temps complet. De son côté, le docteur A._ prévoyait une reprise du travail à 100 % à partir du 13 novembre 1989 (rapport médical intermédiaire du 8 novembre 1989). b) Ayant repris le travail, C._ subit un nouvel accident le 21 mai 1990 : alors qu'il était en train de couper un fer (DIN de l'ordre de 400 kg), il reçut la pièce métallique sur le pied gauche. Il fut hospitalisé à la Clinique Z._, où le docteur D._, spécialiste FMH en chirurgie orthopédique, posa le diagnostic de contusion de l'avant-pied gauche avec plaie, perte de substance (au niveau dorsal de l'hallux gauche) et fracture du gros orteil gauche. Il attesta une incapacité de travail entière depuis le jour de l'accident "jusqu'à cicatrisation de la plaie" (rapport du 15 juin 1990). Sur la proposition du docteur D._ (voir son rapport du 8 août 1990), l'assuré séjourna, du 8 octobre au 14 décembre 1990, à la Clinique de médecine rééducative W._. Dans leur rapport de sortie du 12 décembre 1990, les médecins de cet établissement diagnostiquèrent des lésions étendues des parties molles du pied gauche s'accompagnant de nécrose, d'une part, et, d'autre part, un défect sensitivo-moteur. Ils firent également état d'une incontinence urinaire nocturne apparue après le premier accident du 6 juillet 1989, symptomatologie dont l'origine devait, à leur sens, être recherchée dans l'insécurité habituelle accompagnée de psychasthénie à tendance dépressive présentée par l'assuré. Ils concluaient à une incapacité de travail prolongée jusqu'au 21 janvier 1991, et comptaient sur une amélioration spontanée de la situation avec une capacité de travail de 50 % à partir du 1er février 1991. En dépit des traitements dont il bénéficia, l'assuré ne parvint toutefois pas à reprendre son travail. Il fut examiné par le médecin d'arrondissement de la CNA qui, à l'issue de deux consultations, résuma la situation de la façon suivante : "L'état actuel du pied gauche, chez ce foreur de 41 ans, équipé de souliers orthopédiques bien adaptés, est compatible avec la reprise de ses activités antérieures avec une capacité de 66 2/3 %. Toute limitation de son activité professionnelle antérieure, qui dépasserait ce pourcentage est à rapporter à des facteurs indépendants de l'accident: plaintes subjectives au niveau de la colonne lombaire et cervicale, état dépressif, sensation subjective d'invalidité dépassant les constatations médicales objectives et contexte socioculturel. En ce qui concerne uniquement les suites de l'accident et le pied gauche, dans une activité mixte, ne nécessitant pas une station debout et des marches prolongées, permettant d'alterner la position assise et la position debout, la capacité de travail exigible est de 100 %" (rapport du docteur Caron du 18 avril 1991). A l'occasion d'une appréciation médicale ultérieure, ce médecin nia tout droit de l'assuré à une indemnité pour atteinte à l'intégrité (rapport du 30 octobre 1991). c) Par décision du 27 août 1992, la CNA mit C._ au bénéfice d'une rente d'invalidité fondée sur une perte de gain de 33 1/3 % dès le 1er août 1992, en niant l'existence d'un lien de causalité adéquate entre les troubles d'ordre psychique mis en évidence et les accidents assurés. C._ forma opposition contre cette décision, en concluant à l'allocation d'une rente d'invalidité d'un taux d'au moins 50 %, d'une part, et, d'autre part, d'une indemnité pour atteinte à l'intégrité à fixer en tenant compte de l'atteinte à son intégrité tant physique que psychique. Par décision du 18 décembre 1992, la CNA rejeta l'opposition. B.- a) C._ recourut contre cette décision. Par jugement du 16 mai 1994, le Tribunal des assurances du canton de Vaud admit le recours et annula la décision sur opposition du 18 décembre 1992, en renvoyant le dossier à la CNA pour instruction complémentaire et nouvelle décision. b) La CNA forma recours de droit administratif contre ce jugement. Par arrêt du 13 octobre 1995, le Tribunal fédéral des assurances admit partiellement le recours, en ce sens qu'il annula le jugement cantonal et renvoya la cause pour instruction complémentaire et nouvelle décision, non à la CNA comme ordonné par les premiers juges, mais à ceux-ci directement. c) Conformément aux instructions du Tribunal fédéral des assurances, la Cour cantonale compléta l'instruction du cas par l'audition de deux témoins sur les circonstances des accidents ainsi que par la mise en oeuvre d'une expertise psychiatrique qu'il confia au docteur E._, spécialiste FMH en psychiatrie et psychothérapie. Ce médecin posa le diagnostic de stress post-traumatique dans le cadre de troubles de la personnalité de type alexithymique. Il relevait que les accidents assurés avaient joué le rôle de "facteurs déclenchants" dans l'apparition des troubles psychiques constatés et que ceux-ci rendaient improbable la réintégration de l'assuré dans le monde du travail (rapport du 11 mars 1997). La CNA requit l'avis de son équipe médicale de médecine des accidents, laquelle réfuta les conclusions de l'expert judiciaire (rapport du 21 avril 1997 du docteur F._, spécialiste FMH en psychiatrie et psychothérapie). Par jugement du 20 janvier 2000, le Tribunal des assurances du canton de Vaud rejeta le recours dont il était saisi. Pour l'essentiel, il considéra que les troubles d'ordre psychique présentés par l'assuré s'inscrivaient certes dans un rapport de causalité naturelle avec ses accidents, mais non dans un rapport de causalité adéquate. C.- C._ interjette recours de droit administratif contre ce jugement en concluant, sous suite de frais et dépens, à la réforme de celui-ci en ce sens que lui soient accordées une rente d'invalidité fondée sur une perte de gain de 50 % ainsi qu'une indemnité pour atteinte à l'intégrité d'un taux de 30 %. La CNA conclut au rejet du recours, tandis que l'Office fédéral des assurances sociales ne s'est pas déterminé. 