Faits: A. La rive sud du lac de Neuchâtel ("Grande Cariçaie") figure sur différents inventaires fédéraux, sur celui des paysages, sites et monuments naturels depuis 1983, sur celui des réserves d'oiseaux d'eau et de migrateurs d'importance internationale et nationale depuis 1991, sur celui des zones alluviales d'importance nationale depuis 1992, sur celui des bas-marais d'importance nationale depuis 1994 et sur celui des sites marécageux d'une beauté particulière et d'importance nationale depuis 1996. Depuis les années vingt (1920) jusqu'au début des années soixante (1960), des chalets de vacances ont été érigés par des personnes physiques au long de cette rive, sur le domaine des Etats de Vaud et de Fribourg, au bénéfice de "droits de superficie" (DDP) ou d'autorisations à bien plaire. Des plans d'extension cantonaux (PEC) et autres mesures ont ensuite été adoptés. Ces PEC prévoyaient des zones de protection des réserves naturelles. Dans le périmètre de ces dernières, des zones de pavillons pour les chalets précités, soit des zones à bâtir adoptées avant l'entrée en vigueur de la loi fédérale du 22 juin 1979 sur l'aménagement du territoire (LAT; RS 700), ont été légalisées. Les Conseils d'Etat de Fribourg et de Vaud ont conclu les 1er et 9 juin 1982 un "accord sur la protection de la rive sud du lac de Neuchâtel et des rives du lac de Morat", fondé sur un plan directeur proprement dit et sur un catalogue de mesures annexées. Cet accord (ci-après: le plan directeur de 1982) vise des buts variés (protection des zones naturelles, des eaux et des forêts, lutte contre l'érosion, gestion des circulations et des résidences secondaires notamment) et énonce de nombreuses mesures pour leur mise en oeuvre. L'annexe I prévoit notamment que la protection légale des zones naturelles de la rive sud du lac de Neuchâtel devra être assurée par leur affectation en zones protégées, selon les moyens définis par les législations cantonales. Par ailleurs, les baux des résidences secondaires sises dans les zones naturelles ne seront pas renouvelés à échéance. Le plan directeur de 1982 prévoit ainsi la suppression progressive, au fur et à mesure de la durée des autorisations d'utilisation du terrain public, de tous les chalets situés dans les zones naturelles. B. Le Département cantonal vaudois de la sécurité et de l'environnement (ci-après: le Département cantonal) a mis à l'enquête publique, du 10 novembre au 11 décembre 2000, un projet de décision de classement (plan et règlement) des réserves naturelles de la rive sud du lac de Neuchâtel. Plus de 15'000 oppositions et remarques ont été enregistrées. Les 4 octobre 2001 et 25 mars 2002, le Département cantonal a levé les oppositions et rendu une "décision de classement des réserves naturelles de la rive sud du lac de Neuchâtel (communes d'Yverdon, Cheseaux-Noréaz, Yvonand, Chabrey, Champmartin et Cudrefin)". Le règlement accompagnant la décision de classement abroge les PEC et indique notamment, à son art. 13 al. 4, que "seuls sont autorisés les travaux d'entretien et de rénovation des bâtiments (tels que résidences secondaires), installations licites existantes et pour autant que les requérants soient au bénéfice d'un titre juridique suffisant". C. Par décision du 5 décembre 2007, le Conseil d'Etat vaudois a adopté l'arrêté sur les chalets de vacances construits sur le domaine de l'Etat au bord du lac de Neuchâtel (ci-après: ACVNe). En substance, les autorisations accordées à bien plaire dans les périmètres des réserves naturelles de la décision de classement prennent fin le 31 décembre 2008, sous réserve de la conclusion d'un "contrat nature" entre l'Etat et le propriétaire de chalet. Le chalet ne peut être transmis qu'en ligne directe et au conjoint/partenaire enregistré. Le 5 décembre 2007 également, le Conseil d'Etat a modifié le plan directeur de 1982, en ce sens que l'obligation de suppression progressive des chalets de vacances a été complétée par la mention "sous réserve de conclusion de contrats nature fondés sur l'arrêté du Conseil d'Etat du canton de Vaud du 5 décembre 2007". La Cour de droit administratif et public du Tribunal cantonal du canton de Vaud (ci-après: le Tribunal cantonal) a annulé l'arrêté précité le 30 juillet 2010, celui-ci n'ayant pas fait l'objet d'une enquête publique. D. Le 15 octobre 2001, A._ et consorts, dont les chalets de vacances se situent dans la réserve des Grèves de la Motte, sur les communes de Chabrey et de Cudrefin, ont déféré devant le Département cantonal de l'intérieur la décision de classement du 4 octobre 2001. Leur recours a été rejeté le 30 octobre 2008. Les intéressés ont porté leur cause devant le Tribunal cantonal, qui, par arrêt du 30 juillet 2010, a rejeté leur recours, dans la mesure de sa recevabilité, et confirmé la décision du Département cantonal de l'intérieur du 30 octobre 2008. E. Agissant par la voie du recours en matière de droit public, A._ et consorts demandent au Tribunal fédéral d'annuler partiellement in fine l'art. 13 al. 4 du règlement de la décision de classement, les termes "et pour autant que les recourants soient au bénéfice d'un titre juridique suffisant" devant être déclarés invalides et radiés. Ils se plaignent d'une violation des art. 26 Cst., 24c al. 1 et 33 LAT ainsi que 156 CO. Le Tribunal cantonal s'en remet à l'appréciation du Tribunal fédéral quant à la recevabilité du recours et conclut à son rejet en se référant aux considérants de son arrêt. Le Service juridique et législatif du canton de Vaud, au nom du Département cantonal de la sécurité et de l'environnement ainsi que du Département de l'intérieur, renonce à déposer une réponse au recours. L'Association suisse pour la protection des oiseaux, Pro Natura Suisse, WWF Suisse, Pro Natura Vaud et WWF Vaud concluent à l'irrecevabilité du recours, subsidiairement à son rejet. Invité à se déterminer, l'Office fédéral de l'environnement estime que la décision de classement ne consacre pas de violation du droit fédéral de l'environnement. Les parties ont fait valoir leurs observations sur les déterminations de l'Office fédéral de l'environnement. Le 21 décembre 2010, les recourants ont transmis au Tribunal fédéral, pour information, une copie d'un courrier qu'ils ont adressé le même jour à la Commission fédérale pour la protection de la nature et du paysage (CFPNP), faisant part à cette dernière de leur souhait d'être entendus et associés aux travaux d'expertises visant à établir si les chalets construits sur la rive sud du lac de Neuchâtel constituent ou non une atteinte à la protection de la nature et du paysage. Le 12 janvier 2011, la Direction des institutions, de l'agriculture et des forêts du canton de Fribourg a transmis au Tribunal fédéral une copie de sa réponse à la CFPNP, suggérant à celle-ci de ne pas répondre aux sollicitations des intéressés. Par ordonnance du 18 octobre 2010, le Juge présidant de la Ire Cour de droit public a rejeté la requête d'effet suspensif des recourants.