A.- A la suite d'une chute à ski survenue en janvier 1991, A._ fut transporté à l'Hôpital X._ où les médecins posèrent le diagnostic de traumatisme crâniocérébral avec perte de connaissance et amnésie circonstancielle, diplopie sur discrète parésie de l'oblique supérieur gauche, fracture de l'humérus droit sous-capitale, pneumothorax droit ainsi que contusion de la hanche droite. Quelques jours après sa sortie de l'hôpital en février 1991, A._ fut victime d'une embolie pulmonaire qui nécessita un nouveau séjour hospitalier (rapport du 3 avril 1991 du docteur B._, médecin-assistant à l'Hôpital X._). Le 15 juillet 1991, il reprit son travail d'ouvrier d'usine chez Y._ SA, d'abord à 50 %, puis à 100 % dès le 29 juillet suivant. La Caisse nationale suisse d'assurance en cas d'accidents (CNA) prit en charge les conséquences de l'accident de ski. Peu de temps après la reprise de son travail, l'assuré se plaignit de douleurs persistantes dans la région de l'épaule droite ainsi que d'une mobilité réduite de celleci (cf. rapports médicaux intermédiaires établis les 14 septembre et 14 décembre 1991 par le docteur C._, médecin traitant). Le 3 mars 1992, à la suite d'une exacerbation des douleurs, il fit une nouvelle déclaration d'accident à la CNA qui accepta de traiter le cas comme une rechute de l'accident de ski du 26 janvier 1991. Il bénéficia de séances de physiothérapie qui n'apportèrent toutefois pas d'amélioration durable, si bien qu'il annonça une nouvelle rechute le 17 décembre 1992, en complétant ses plaintes par la mention de maux de tête ainsi que de troubles de la mémoire et du sommeil. En février 1993, il signala encore des douleurs thoraciques à gauche (cf. rapport du docteur C._ du 21 février 1993) qui donnèrent lieu à des examens pulmonaires (scintigraphie pulmonaire, test d'effort...) dont les résultats se révélèrent dans les limites de la normale. Par la suite, il annonça encore de nombreuses rechutes qui furent toutes prises en charge par la CNA (cf. déclarations d'accident du 10 mars 1994, 9 février 1995, 27 septembre 1995 et 11 juillet 1996). Le 23 octobre 1997, A._ fit l'annonce d'une énième rechute à la CNA. Le docteur D._, médecin traitant, attesta une incapacité de travail pour la période du 15 au 21 octobre 1997 et ordonna un bilan neurologique qui permit de diagnostiquer, pour la première fois, des troubles neuropsychologiques (rapport du 3 décembre 1997 de la doctoresse E._, neuropsychologue). Au vu de ce résultat, la CNA décida de confier une expertise médicale au professeur F._, médecin-chef de la division autonome de neuropsychologie Z._. A l'issue de ses investigations, l'expert confirma l'existence de troubles neuropsychologiques, tout en faisant également état d'"une thymie dépressive avec idées suicidaires". Il conclut que la symptomatologie de l'assuré était "très probablement liée à l'accident" et préconisa la mise en oeuvre d'un traitement antidépresseur (rapport du 8 avril 1998). Dans une prise de position du 4 juin 1998, le docteur G._, membre de l'équipe de médecine des accidents de la CNA, considéra que l'accident de ski du 26 janvier 1991 était tout au plus une cause possible et partielle des troubles neuropsychologiques diagnostiqués, ceux-ci devant bien plutôt, à son sens, être imputés à la thymie dépressive de l'assuré. Par décision du 17 juin 1998, la CNA refusa de prendre en charge la rechute annoncée le 23 octobre 1997, motif pris de l'absence de "corrélation pour le moins probable" entre celle-ci et l'accident assuré. Saisie d'une opposition, la CNA la rejeta par une nouvelle décision le 29 juillet 1999. B.- A._ recourut contre cette décision sur opposition. Par jugement du 8 novembre 2000, le Tribunal cantonal des assurances du canton du Valais rejeta le recours. C.- A._ interjette recours de droit administratif contre ce jugement dont il requiert, sous suite de frais et dépens, l'annulation, en concluant à ce que la CNA soit condamnée à prendre en charge les suites de la rechute annoncée le 23 octobre 1997. La CNA conclut au rejet du recours, tandis que l'Office fédéral des assurances sociales ne s'est pas déterminé. 