Faits : A. Depuis plusieurs années, les sociétés Romande Energie Renouvelable S.A. et Estia S.A. étudient le projet de créer une petite centrale hydroélectrique exploitant le cours supérieur de l'Arnon, dans les gorges de Covatanne, entre Ste-Croix et Vuiteboeuf, sur le territoire de ces deux communes. En février 2008, Romande Energie Renouvelable S.A. et Estia S.A. ont déposé auprès du Service vaudois des eaux, sols et assainissement (SESA, rattaché depuis à la Direction générale de l'environnement - DGE), une demande préliminaire de concession pour l'usage des eaux de l'Arnon, mises à contribution par le projet. Les gorges de Covatanne figurent à l'inventaire vaudois des monuments naturels et des sites, ainsi que dans l'inventaire des géotopes. Elles ne sont pas comprises dans un inventaire fédéral. Le cours d'eau l'Arnon, piscicole, est naturel, sous réserve d'une ancienne prise d'eau et de quelques seuils artificiels. La Commission interdépartementale pour la protection de l'environnement (CIPE) a approuvé le projet dans son principe. Les services cantonaux consultés ont donné un préavis favorable avec quelques exigences complémentaires. Le 25 mai 2012, Romande Energie Renouvelable S.A. et Estia S.A. ont déposé une demande de concession pour l'utilisation des eaux de l'Arnon comme force motrice. Le projet implique la création d'une prise d'eau et d'une centrale, ainsi que d'une conduite forcée, enterrée sur 90 % de son parcours et suivant à 75 % le tracé du chemin pédestre. Il nécessite deux défrichements temporaires, dans la partie amont et aval du tracé de la conduite. La centrale serait réalisée dans un périmètre déjà construit et, au surplus, dans un bâtiment existant. La conduite aurait une longueur de 1'304 m pour une hauteur de chute nette de 143 m, laissant s'écouler au minimum 50 l/s en aval de la prise d'eau. Le débit turbiné maximal varierait entre 40 l/s (seuil en-dessous duquel l'installation serait arrêtée) et 500 l/s, avec un débit moyen de 193 l/s. Compte tenu d'un rendement énergétique de 75 % et d'une puissance moyenne de 203 kW, la centrale produirait 1,78 GWh par an. A l'appui de leur demande, les sociétés exploitantes ont notamment déposé une notice d'impact établie par la Communauté d'études pluridisciplinaires en environnement et aménagement du territoire (CEP) le 31 janvier 2012 et un rapport de description technique et économique du projet établi par Viatis SA le 31 mars 2012. Les communes concernées, soit Sainte-Croix et Vuiteboeuf, ont en substance préavisé favorablement à ce projet. Mis à l'enquête publique, le projet a suscité l'opposition de Pro Natura, du WWF et de la Société vaudoise des pêcheurs en rivière (SVPR). B. Le Département de la sécurité et de l'environnementa, par décision du 8 juillet 2013, délivré les autorisations spéciales nécessaires touchant à l'utilisation de l'eau, à la pêche, à la nature, à la faune, au défrichement et aux constructions en-dehors de la zone à bâtir; il a en outre levé les oppositions et, enfin, déclaré qu'il délivrerait la concession d'utilisation des eaux d'une durée de 50 ans à Romande Energie Renouvelable S.A. et Estia S.A (n° 124/500) dès que sa décision serait exécutoire. Statuant sur recours de Pro Natura, Pro Natura Vaud, WWF Suisse, WWF Vaud et la SVPR, la Cour de droit administratif et public du Tribunal cantonal (CDAP) a annulé la décision du 8 juillet 2013 par arrêt du 13 mars 2015 au motif que la production d'énergie électrique de la centrale était trop faible. C. Agissant par la voie du recours en matière de droit public, Estia S.A. demande au Tribunal fédéral de réformer l'arrêt cantonal en ce sens que la décision du 8 juillet 2013 est confirmée. Subsidiairement, elle conclut à l'annulation de l'arrêt attaqué et au renvoi de la cause à la cour cantonale pour nouvelle décision dans le sens des considérants. La cour cantonale, le Service du développement territorial, le Service de la consommation et des affaires vétérinaires et la Municipalité de Sainte-Croix renoncent à prendre position. La commune de Vuiteboeuf ne s'est pas manifestée. La Direction générale de l'environnement (DGE) expose la politique cantonale et la justification du projet; sans prendre de conclusion formelle, elle désapprouve l'arrêt cantonal. Les associations intimées se déterminent et concluent au rejet du recours. Consultés, l'Office fédéral de l'environnement (OFEV) indique être défavorable au projet, alors que l'Office fédéral de l'énergie (OFEN) se prononce en faveur du projet. Au cours de plusieurs échanges d'écritures, la recourante, les associations intimées et la DGE persistent dans leurs conclusions et positions respectives.