A.- M._ travaillait en qualité de mécanicien d'entretien au service de l'entreprise X._ (dont certaines activités ont par la suite été regroupées sous la raison sociale Y._). A ce titre, il était assuré contre les accidents par la Caisse nationale suisse d'assurance en cas d'accidents (ci-après : CNA). Le 20 mai 1997, le disque d'une scie circulaire a explosé au moment où le prénommé mettait la machine en marche. M._ a subi des blessures au visage et une perforation de l'oeil droit, qui a été suturé en urgence à l'hôpital Z._. Le 28 mai 1997, une vitrectomie et une phacoémulsification du cristallin ont été pratiquées à l'hôpital ophtalmique W._. M._ a encore été opéré le 22 décembre 1997, en raison d'un décollement de la rétine, puis le 29 mai 1998, pour l'implantation secondaire d'un cristallin artificiel et le traitement d'un strabisme convergent de l'oeil droit. M._ n'a pas repris son ancienne activité professionnelle. Dès le 1er octobre 1998, il a commencé à travailler à 50 % au service de Y._, en qualité de gestionnaire du stock. Le travail consiste, d'une part, à enregistrer les entrées et sorties du stock dans un ordinateur, ainsi qu'à passer les commandes, et d'autre part, à ouvrir les cartons et à distribuer les marchandises dans l'usine (manutention légère). Les tentatives de M._ d'augmenter son taux d'activité sont restées vaines, en raison de céphalées et de problèmes de concentration apparaissant dès la mi-journée. Par décision du 19 mai 1999 et décision sur opposition du 30 novembre 1999, la CNA a alloué au prénommé une indemnité pour atteinte à l'intégrité de 21 384 fr. (taux d'atteinte à l'intégrité : 22 %) ainsi qu'une rente correspondant à un taux d'invalidité de 20 %. La CNA s'est fondée pour l'essentiel sur les rapports de son médecin conseil, le docteur A._, spécialiste en ophtalmologie, lequel faisait notamment état d'une capacité de travail résiduelle de 100 % dans la nouvelle activité de l'assuré (rapports des 20 janvier et 22 novembre 1999). B.- L'assuré a saisi le Tribunal d'administratif du canton de Neuchâtel d'un recours contre la décision sur opposition du 30 novembre 1999. Produisant plusieurs rapports médicaux (certificat du 2 mars 2000 du docteur B._, médecin généraliste; rapports des 14 juin 1999, 8 février 2000 et 26 février 2001 du docteur C._, spécialiste en ophtalmologie; rapport du 2 mai 2001 du docteur D._, psychiatre), M._ a fait valoir qu'il souffrait d'un état dépressif, de céphalées et de troubles de la concentration consécutifs à l'accident du 20 mai 1997, lesquels l'empêchaient de travailler à plus de 50 % et lui causaient une atteinte à l'intégrité de 33 %. En cours de procédure, la CNA confia une expertise au docteur E._, ophtalmologue, lequel proposa de retenir une atteinte à l'intégrité de 30 %, et une capacité de travail de 100 % dans une activité adaptée. Par jugement du 3 septembre 2001, le Tribunal administratif du canton de Neuchâtel a rejeté le recours de M._. C.- L'assuré interjette un recours de droit administratif contre ce jugement, dont il demande l'annulation. En substance, il conclut, sous suite de frais et dépens, à l'octroi d'une rente d'invalidité de 50 % ainsi que d'une indemnité pour atteinte à l'intégrité fondée sur un taux de 35 %; subsidiairement, il demande le renvoi de la cause à l'intimée pour instruction complémentaire et nouvelle décision. La CNA conclut au rejet du recours, alors que l'Office fédéral des assurances sociales ne s'est pas déterminé. D.- Le Tribunal fédéral des assurances est également saisi d'un recours contre un jugement du 25 septembre 2001 du Tribunal administratif du canton de Neuchâtel, dans un litige opposant M._ à l'Office de l'assurance-invalidité du canton de Neuchâtel. Le litige, qui porte sur le droit de l'assuré à des mesures de reclassement professionnel de l'assurance-invalidité, fait l'objet d'un jugement séparé de ce jour.