A.- a) A._ travaillait en qualité de soudeur et chauffeur au service de l'entreprise X._ SA. A ce titre, il était assuré contre le risque d'accident auprès de la Caisse Nationale suisse en cas d'accidents (CNA). Le 14 février 1995, alors qu'il se trouvait sur le pont d'un camion pour le décharger, il a perdu l'équilibre et est tombé en arrière, se blessant à la hanche et au coude droits ainsi qu'au poignet gauche. Il fut opéré le même jour à l'Hôpital Y._ pour une fracture comminutive du radius distal gauche que les médecins ont traitée par embrochage. Bien que la fracture se soit consolidée normalement, un Sudeck s'est développé. A._ a repris son travail au mois d'août 1995, d'abord à 50 %, puis, sur recommandation du docteur B._, médecin d'arrondissement de la CNA, à 75 % dès le 26 octobre 1995, mais très vite il s'est plaint de ne pas pouvoir travailler dans la mesure prescrite en raison de douleurs résiduelles importantes au poignet gauche. Devant la persistance de ses douleurs, l'assuré a consulté le professeur C._ de l'Hôpital Z._ qui a constaté un début d'arthrose radio-cubitale ainsi qu'une longueur excessive du cubitus et pratiqué, le 13 février 1996, une arthrodèse selon la méthode Sauvé-Kapandji. L'ablation du matériel d'ostéosynthèse a eu lieu à la fin septembre. Depuis lors, toutes les tentatives de reprise de travail se sont soldées par un échec et A._ a été licencié par son employeur pour le 30 juin 1997. Dans son rapport d'examen final, le docteur D._, également médecin d'arrondissement de la CNA, a noté qu'il subsistait une limitation fonctionnelle du poignet et de l'avant-bras gauche; selon lui, le cas était stabilisé sans qu'un nouveau traitement pût améliorer la situation. Il a conclu qu'une activité adaptée légère ne requérant qu'une utilisation secondaire de la main (gauche) non dominante et n'exigeant pas de dextérité particulière était à la portée de l'assuré à plein rendement; l'atteinte à l'intégrité a été évaluée à 7,5 % (rapport du 4 juillet 1997). b) Ayant entre-temps déposé une demande de prestations de l'assurance-invalidité, A._ a suivi du 14 avril au 2 mai 1997 un stage d'observation au Centre d'intégration professionnelle de l'AI (COPAI) à l'issue duquel les maîtres du centre ont estimé qu'il pouvait être réadapté moyennant une période d'entraînement au travail. Le stage en entreprise organisé à cette fin n'a toutefois pas eu le succès escompté, l'assuré se plaignant de douleurs continuelles au poignet gauche. Un état anxio-dépressif a été mis en évidence par le docteur E._, psychiatre (rapport du 21 février 1998). Après de vaines investigations médicales complémentaires effectuées pour le compte de l'AI et de la CNA, A._ a été victime d'un infarctus du myocarde postérieur le 3 septembre 1998. Pour faire le point sur son état de santé, l'AI l'a invité à se soumettre à une expertise au Centre d'observation médicale de l'assurance-invalidité (COMAI) à Lausanne. Dans leur rapport du 28 octobre 1999, les experts ont posé le diagnostic de troubles somatoformes douloureux, d'épisode dépressif moyen, d'arthrose radio-carpienne et cubitocarpienne gauche modérée, de status après infarctus, de cervicarthrose, de trouble dégénératif du rachis lombaire et d'un syndrome rotulien du genou droit. Bien que sur le plan strictement orthopédique, l'aptitude de l'assuré à exercer une activité adaptée ait été jugée totale (consilium du docteur F._), lesdits experts ont considéré que sa capacité de travail était réduite de 50 % dès le 7 août 1995 ou à tout le moins dès le 4 novembre 1996 pour des motifs essentiellement d'ordre psychique; en tout état de cause, seule une activité légère en position alternée et sans port de charges lourdes était exigible. c) Par décision du 22 décembre 1999, la CNA a alloué à A._ une rente d'invalidité fondée sur une incapacité de gain de 33,33 % dès le 1er février 1999 ainsi qu'une indemnité pour atteinte à l'intégrité d'un taux de 7,5 %. Saisie d'une opposition de l'assuré, la CNA l'a écartée par décision du 16 mars 2000. B.- Par jugement du 20 décembre 2000, la Chambre des assurances du Tribunal cantonal de la République et canton du Jura a rejeté le recours formé par l'assuré contre la décision sur opposition de la CNA. C.- A._ interjette recours de droit administratif contre ce jugement, dont il requiert l'annulation. Il conclut, sous suite de frais et dépens, principalement, au versement par la CNA d'une rente d'invalidité fondée sur un taux d'incapacité de travail de 50 %, ainsi que d'une indemnité pour atteinte à l'intégrité supérieure à 15 %, et, subsidiairement, au renvoi de la cause à la juridiction cantonale pour instruction complémentaire sous la forme d'une expertise médicale. La CNA et l'Office fédéral des assurances sociales ne se sont pas déterminés.