Faits:
A. Par avis inséré au Bulletin officiel du 19 octobre 2007, l'administration communale de Collombey-Muraz a mis à l'enquête publique une modification partielle du règlement communal des constructions et des zones (RCCZ) et du plan d'affectation des zones (PAZ), approuvés par le Conseil d'Etat le 7 juin 1995. Le dossier déposé au greffe communal était accompagné d'un rapport au sens de l'art. 47 de l'ordonnance du 28 juin 2000 sur l'aménagement du territoire (OAT; RS 700.1), expliquant qu'il s'agissait de mettre le RCCZ en conformité avec les bases légales en vigueur et de l'adapter afin d'améliorer la qualité de l'environnement bâti; le PAZ, quant à lui, devait subir quelques ajustements et redéfinitions, sans que la zone à bâtir ne soit étendue.
Cette publication a suscité l'opposition commune de A._ et de B._. B._ est propriétaire de la parcelle n° 2499, située à environ 200 m au nord-est de Collombey-le-Grand, village inclus dans le périmètre de révision. Ce bien-fonds est grevé d'un droit de superficie distinct et permanent (immatriculé sous le n° 3977) en faveur de A._, qui exploite une raffinerie construite au début des années 1960. Le Conseil communal a écarté leurs griefs et, le 17 décembre 2007, l'assemblée primaire a adopté le projet que lui proposait l'exécutif communal.
B. Le 11 février 2008, A._ et B._ ont recouru au Conseil d'Etat du canton du Valais contre la décision de l'assemblée primaire. Ces sociétés contestaient notamment la subdivision prévue du village de Collombey-le-Grand en une zone village II, avec un degré III de sensibilité au bruit (DS III) et en une zone extension village II, pourvue d'un DS II et d'une densité minimale (0.65). Invoquant la proximité de la raffinerie, elles critiquaient l'introduction d'un indice de plancher, la possibilité d'ériger des bâtiments hauts de 12 m 50 sans limitation du nombre d'étages, comme c'était le cas jusqu'ici (R + 2 + combles), de même que l'attribution d'un DS II à cette zone. Elles préconisaient d'y prévoir plutôt une réglementation semblable à celle de la commune voisine de Monthey, qui définissait un DS III dans une bande de terrain d'un km de large autour de son site industriel.
Plusieurs services cantonaux ont été consultés dans le cadre de la procédure d'approbation des modifications du RCCZ et du PAZ, menée simultanément à celle du recours administratif.
Le Service de la protection de l'environnement a émis un préavis positif. L'attribution d'un DS II à la zone extension village II correspondait au but que lui assignait le RCCZ - l'augmentation des possibilités d'habitations à proximité - et, dans cette mesure, aux exigences de l'art. 43 de l'ordonnance du 15 décembre 1986 sur la protection contre le bruit (OPB; RS 814.41). Ce service a en outre rappelé que la raffinerie devait être assainie et s'est opposé au déclassement en DS III de la zone extension village II.
Le Service de la protection des travailleurs et des relations du travail a observé que l'augmentation du nombre d'habitants ou de commerces à proximité d'un site soumis à l'ordonnance du 27 février 1991 sur la protection contre les accidents majeurs (OPAM: RS 814.012) obligeait le propriétaire de l'entreprise concernée à réévaluer les scénarios d'accidents majeurs et, au besoin, à prendre des mesures de sécurité supplémentaires à ses frais. Ainsi lui paraissait-il indispensable que les "services cantonaux, les communes et autres instances concernées" mènent une discussion préalablement à la modification du PAZ.
Le Service du développement territorial a proposé au Conseil d'Etat d'approuver les modifications partielles du RCCZ et du PAZ, à l'exception des modifications 4 et 7 du PAZ et sous réserve des remarques qu'il avait émises à propos de plusieurs articles du RCCZ. S'exprimant sur le recours formé par A._ et B._, le service a indiqué que la modification proposée ne compromettait nullement un développement futur de la raffinerie, dans la mesure où un besoin dûment établi pouvait justifier une adaptation ultérieure du PAZ. Par ailleurs, la subdivision du village de Collombey-le-Grand en une zone de village II, en DS III, et une zone extension village II, en DS II, n'allait pas péjorer la situation des sociétés précitées, puisqu'un DS II s'appliquait jusqu'ici au secteur couvert par ces deux zones.
Le 24 novembre 2010, le Conseil d'Etat a approuvé la révision adoptée par l'assemblée primaire et rejeté simultanément le recours de A._ et B._. Ces dernières ont porté leur cause devant la Cour de droit public du Tribunal cantonal valaisan (ci-après: le Tribunal cantonal) qui, par arrêt du 8 avril 2011, a rejeté leur recours. Le Tribunal cantonal a considéré en substance que les principes régissant l'aménagement du territoire et la protection de l'environnement étaient respectés.
C. Agissant par la voie du recours en matière de droit public, A._ et B._ demandent au Tribunal fédéral de réformer l'arrêt du Tribunal cantonal du 8 avril 2011 dans le sens où la décision du Conseil d'Etat du 24 novembre 2010 est annulée. Subsidiairement, les sociétés concluent à l'annulation de l'arrêt attaqué, la cause étant renvoyée au Tribunal cantonal pour nouvelle décision dans le sens des considérants. Les recourantes se plaignent pour l'essentiel d'une mauvaise application du droit fédéral en matière d'aménagement du territoire et de protection de l'environnement ainsi que d'une violation de la garantie de la propriété et de la liberté économique.
Le Tribunal cantonal et le Conseil d'Etat renoncent à se déterminer sur le recours. Invité à prendre position, l'Office fédéral de l'environnement (ci-après: l'OFEV) estime que l'arrêt attaqué respecte la législation fédérale sur la protection contre le bruit. Dans leur réplique du 3 octobre 2011, les recourantes contestent les observations de l'OFEV.
Par ordonnance du 24 juin 2011, le Président de la Ire Cour de droit public a rejeté la requête d'effet suspensif contenue dans le recours.
Considérant en droit:
1. Dirigé contre une décision rendue dans le domaine du droit public de l'aménagement du territoire, le recours est recevable comme recours en matière de droit public conformément aux art. 82 ss LTF auxquels renvoie l'art. 34 al. 1 de la loi sur l'aménagement du territoire du 22 juin 1979 ([LAT; RS 700]; ATF 133 II 353 consid. 2 p. 356, 249 consid. 1.2 p. 251). Aucune des exceptions prévues à l'art. 83 LTF n'est réalisée. Les recourantes allèguent que les modifications du RCCZ et du PAZ pourraient les amener à prendre des mesures supplémentaires pour se conformer aux exigences légales sur la protection contre le bruit, en cas de nouvelles constructions sur les parcelles voisines, de sorte que l'on peut admettre qu'elles sont particulièrement atteintes par l'arrêt attaqué et qu'elles ont la qualité pour recourir au sens de l'art. 89 al. 1 LTF (cf. arrêt 1C_57/2007 du 14 août 2007, consid. 3.3 publié in SJ 2008 I p. 117). Les autres conditions de recevabilité sont remplies si bien qu'il y a lieu d'entrer en matière.
2. Dans un premier grief, les recourantes se plaignent d'une violation de l'art. 33 al. 3 let. b LAT. En vertu de cette disposition, le droit cantonal prévoit qu'une autorité de recours au moins ait un libre pouvoir d'examen. Le législateur valaisan a concrétisé cette injonction en prévoyant, à l'art. 37 al. 4 de la loi cantonale du 23 janvier 1987 concernant l'application de la LAT (ci-après: LcAT), que le Conseil d'Etat statue avec plein pouvoir d'examen dans le cadre des recours qui lui sont adressés. Or, dans le cas particulier, les recourantes estiment qu'en refusant l'exercice de son pouvoir d'examen, le Conseil d'Etat se serait rendu coupable d'un déni de justice formel; il ne pouvait en effet renoncer à remettre en cause la pesée des intérêts effectuée par l'assemblée primaire de Collombey-Muraz, comme il l'a fait dans sa décision du 24 novembre 2010. Au demeurant, les recourantes contestent que le Conseil d'Etat puisse satisfaire aux réquisits de l'art. 33 al. 3 let. b LAT, dans la mesure où il agit à la fois en qualité d'autorité d'approbation et d'instance de recours.
2.1 Selon la jurisprudence, le libre pouvoir d'examen de l'art. 33 al. 3 let. b LAT ne se réduit pas à un contrôle complet de la constatation des faits et de l'application du droit; il comporte aussi un contrôle de l'opportunité. L'autorité doit vérifier que la planification contestée devant elle est juste et adéquate. La question du contrôle de l'opportunité se pose à propos des plans d'affectation communaux. L'autorité cantonale de recours doit préserver la liberté d'appréciation dont les communes ont besoin dans l'accomplissement de leurs tâches (art. 2 al. 3 LAT). Cette liberté d'appréciation implique qu'une mesure d'aménagement appropriée doit être confirmée; l'autorité de recours n'est pas habilitée à lui substituer une autre solution qui serait également appropriée. Le contrôle de l'opportunité s'exerce donc avec retenue sur des points concernant principalement des intérêts locaux, tandis que, au contraire, la prise en considération adéquate d'intérêts d'ordre supérieur, dont la sauvegarde incombe au canton, doit être imposée par un contrôle strict (ATF 127 II 238 consid. 3b/aa p. 242). L'"autorité de recours" au sens de l'art. 33 al. 3 let. b LAT ne doit pas nécessairement être une autorité de juridiction administrative chargée par le droit cantonal de statuer sur des recours stricto sensu. Une autorité compétente pour statuer sur des oppositions, par exemple un gouvernement ou un législatif cantonal, peut également satisfaire aux exigences du droit fédéral (ATF 127 II 238 consid. 3b/bb p. 242; HEINZ AEMISEGGER/ STEPHAN HAAG, Commentaire pratique de la protection juridique en matière d'aménagement du territoire, 2010, n. 90 ad art. 33 LAT).
2.2 Tout d'abord, c'est en vain que les recourantes critiquent le système cantonal, selon lequel le Conseil d'Etat est compétent à la fois pour approuver les plans d'affectations communaux et pour statuer sur les recours dirigés contre les décisions y relatives du conseil municipal et de l'assemblée primaire. Le Tribunal fédéral a en effet déjà jugé que les exigences minimales déduites de l'art. 33 LAT étaient satisfaites lorsque le droit cantonal offrait aux intéressés la voie de l'opposition auprès de l'autorité administrative chargée d'approuver le plan d'affectation litigieux (ATF 114 Ia 235 consid. 2b, 112 Ib 169 et les références); tel était a fortiori le cas quand cette autorité cantonale pouvait statuer sur un recours formé contre une décision communale sur le plan et l'opposition. Par ailleurs, même si le Conseil d'Etat a déjà procédé à un examen préalable du plan avant la mise à l'enquête publique (art. 33 al. 4 LcAT) et émis à ce stade un préavis (cf. art. 34 al. 1 LcAT), celui-ci ne le lie toutefois pas lorsqu'il statue sur les recours (cf. art. 37 al. 4 LcAT; ATF 119 Ia 321 consid. 5c p. 328). Il n'y a dès lors pas lieu de redouter, comme le font les recourantes, que le Conseil d'Etat "ne dispose effectivement d'un pouvoir d'examen complet et - surtout - indépendant de celui de la commune".
Les recourantes font valoir que le Conseil d'Etat se serait retranché à tort derrière la pesée des intérêts effectuée par l'assemblée primaire. Or, comme le relève le Tribunal cantonal, le Conseil d'Etat a renoncé à remettre en cause la pondération des intérêts de l'assemblée primaire uniquement en relation avec le grief pris de "l'absence de coordination entre les multiples modifications partielles du PAZ et du RCCZ". Il ressort de l'arrêt attaqué que la révision litigieuse concerne avant tout le RCCZ et implique uniquement "quelques ajustements" du PAZ; il ne s'agissait pas, pour la commune de Collombey-Muraz, de repenser fondamentalement le découpage et l'utilisation du territoire et, à ce titre, d'intégrer des procédures de planification emportant une modification concrète de l'affectation du territoire communal. Dans ces conditions, le Conseil d'Etat pouvait, à juste titre, se limiter à examiner le bien-fondé de la révision litigieuse, son ampleur et son contenu, sans remettre en cause le choix de la commune de ne pas coordonner les différentes procédures en cours. Mal fondé, le grief relatif à une violation de l'art. 33 al. 3 let. b LAT doit être rejeté.
3. Les recourantes estiment que la densification envisagée va incontestablement exposer davantage de personnes à des valeurs limites d'immissions (VLI) trop élevées et entraver l'octroi des permis de construire dans la zone voisine de la raffinerie. Il serait ainsi patent que la modification litigieuse n'est pas favorable à l'habitat, comme préconisé pourtant par les art. 1 et 3 LAT.
Le Tribunal cantonal a rappelé que la commune de Collombey-Muraz avait souhaité, par le biais des modifications contestées, permettre la concrétisation du but assigné à la zone extension village II et augmenter les possibilités d'habitation à proximité des centres villageois par une densification contrôlée des constructions. Elle n'avait cependant pas touché à l'indice d'utilisation maximum, qui restait à 0.8. Dans la nouvelle zone village II, située encore plus en retrait de la raffinerie, l'indice maximum avait été abandonné; cette zone ne couvrait toutefois qu'un secteur réduit composé de quelques vieux bâtiments formant le coeur de Collombey-le-Grand. Les juges cantonaux ont ainsi considéré que le problème d'exposition de la population aux nuisances de la raffinerie n'allait pas fondamentalement changer, si ce n'est que plus de personnes pourraient être théoriquement concernées. Or, il était constant qu'un assainissement était en cours d'étude, avec pour objectif, à terme, un respect des VLI, ce que les recourantes ne contestent pas. Comme l'ont à juste titre mentionné les juges précédents, il apparaît que ce processus ne peut d'aucune manière être remis en cause par les modifications litigieuses, lesquelles ne changent pas fondamentalement la situation existante, dès lors que les hauteurs maximales admissibles n'ont pas été augmentées. Le Tribunal cantonal n'a ainsi pas contrevenu aux principes posés par la LAT en retenant qu'il n'y avait pas de raison de s'opposer à la densification (relative) voulue par la commune de Collombey-Muraz au regard d'une situation appelée à s'améliorer. Mal fondé, le recours doit donc être rejeté sur ce point.
4. Dans un grief intitulé "violation de la garantie de la propriété et de la liberté économique", les recourantes soutiennent que la modification litigieuse aggraverait la situation de leur installation, au vu des obligations qui lui sont faites par l'OPAM. Elles affirment que la densification de la zone jouxtant la raffinerie augmente l'indice d'accident majeur et accroît le nombre de personnes exposées à des dommages corporels et matériels, se plaignant implicitement de devoir prendre des mesures de sécurité supplémentaires. Elles reprochent également aux autorités communales et cantonales de ne pas avoir coordonné de manière adéquate les zones destinées à l'habitat et celles destinées aux activités dangereuses.
4.1 Le respect de distances ou périmètres de sécurité constitue un élément essentiel du régime de la protection contre les accidents majeurs (cf. art. 10 al. 1 2ème phrase de la loi fédérale du 7 octobre 1983 sur la protection de l'environnement [LPE; RS 814.01] et annexe 2.1 let. a OPAM). Le maintien du risque à un niveau acceptable selon l'OPAM n'exige pas une inconstructibilité dans les périmètres de sécurité, voire la création d'un "no man's land" dans les périmètres d'influence de ces installations. En vertu du but de l'OPAM, le respect de ces périmètres implique que le risque représenté par une ou plusieurs installations dangereuses à l'intérieur de ces rayons soit maintenu à un niveau acceptable. Ce risque s'apprécie selon les circonstances concrètes. Le respect des périmètres de sécurité devrait s'imposer tant aux détenteurs des installations dangereuses, aux autorités d'exécution et de planification qu'aux propriétaires voisins (arrêt 1C_403/ 2009 du 8 juin 2010 consid. 6.1; ISABELLE ROMY, Constructions et installations OPAM, commentaire des arrêts du Tribunal fédéral 1A.14/ 2005 et 1A.18/2005 du 8 août 2006 et 1A.83/2006 du 1er juin 2007, in DC 2007 p. 110 ss).
4.2 En l'espèce, les recourantes n'allèguent pas que les modifications litigieuses concernent un secteur compris dans le périmètre de sécurité. Quoi qu'il en soit, ces modifications ont une portée très limitée. Comme le relèvent les juges cantonaux, les autorités précédentes n'avaient donc pas à prêter une attention spéciale à la présence de la raffinerie, d'autant que les recourantes n'ont jamais avancé le moindre élément concret propre à justifier leurs craintes, mais se sont contentées de formuler de vagues critiques en relation avec l'OPAM. Elles n'ont en particulier pas démontré que la densification contestée créerait un risque inacceptable et que des mesures particulières devaient leur être imposées. Dans ces conditions, les critiques relatives à la mauvaise application de l'OPAM et à l'absence de coordination entre les autorités ne sont pas pertinentes. Il ne saurait par conséquent y avoir de violation de la garantie de la propriété ou de la liberté économique dans ce contexte.
5. La modification du PAZ et du RCCZ prévoit de subdiviser le village de Collombey-le-Grand en une zone village II, avec un DS III, et en une zone extension village II, pourvue d'un DS II. Les recourantes y voient une violation de l'OPB. A leur avis, la fixation d'un DS II pour une zone située entre une zone village de DS III et une zone industrielle III (raffinerie) de DS IV est incompréhensible. En fonction du développement prévisible et voulu par la commune de la nouvelle zone extension village II, il serait cohérent de lui affecter d'ores et déjà un DS III. Il ressortait par ailleurs du rapport du 14 janvier 2011 du bureau @couConsult Sàrl que, "compte tenu de l'attribution actuelle des degrés de sensibilité, ainsi que des niveaux sonores existants en 1980 sur les parcelles non construites", le classement en DS II pour cette partie de territoire ne serait "pas conforme à la réalité objective d'aujourd'hui (et probablement d'hier non plus)". Un DS III semblerait plus réaliste et correspondrait mieux à l'aménagement actuel ainsi qu'au développement récent tant industriel que commercial de cette zone.
5.1 Les degrés de sensibilité au bruit indiquent le niveau d'immissions à partir duquel les nuisances sonores sont ressenties comme incommodantes par la population de la zone concernée. Ce niveau doit être respecté par toute installation fixe nouvelle ou existante. L'art. 43 al. 1 OPB détermine les degrés de sensibilité selon l'intensité des nuisances tolérées dans la zone. Cette disposition commande l'attribution d'un DS II dans les zones où aucune entreprise gênante n'est autorisée, notamment dans les zones d'habitation ainsi que dans celles réservées à des constructions et installations publiques (let. b) et l'attribution d'un DS III aux zones ouvertes aux entreprises moyennement gênantes, telles les zones d'habitation et artisanales (zones mixtes) et les zones agricoles (let. c). Cette classification doit être respectée par les autorités cantonales et communales de planification dans l'exercice du pouvoir d'appréciation qui leur est reconnu en la matière (ATF 120 Ib 287 consid. 3c/bb p. 295; 119 Ib 179 consid. 2a p. 186). L'art. 43 al. 2 OPB réserve cependant une hypothèse particulière: celle des parties de zones d'affectation du DS I ou II déjà exposées au bruit, qui peuvent être "déclassées d'un degré".
5.2 Dans le cadre de la procédure de modification litigieuse, la commune a rangé en zone d'extension village II les parcelles déjà construites classées jusqu'ici en zone d'habitation individuelle. L'affectation de cette zone d'extension village II nouvellement créée et voisine de la raffinerie ne change pas fondamentalement. Comme le RCCZ définit l'affectation de cette nouvelle zone, c'est en premier lieu le niveau de nuisance compatible avec l'affectation de la zone, selon le droit cantonal, qui est déterminant pour l'attribution du DS (cf. ANNE-CHRISTINE FAVRE, La protection contre le bruit dans la loi sur la protection de l'environnement, thèse Lausanne 2002, p. 225). En l'espèce, la zone en question a pour but d'augmenter les possibilités d'habitation à proximité des centres villageois par une densification contrôlée des constructions et en s'intégrant à la zone village; les activités qui n'entraînent pas de nuisance pour le voisinage sont autorisées (art. 63 let. a RCCZ). L'attribution par la commune du DS II à la zone d'extension village II est par conséquent conforme à l'affectation prévue pour cette zone destinée à l'habitation (art. 43 al. 1 let. b OPB). Dès lors, ainsi que le relève l'OFEV dans ses déterminations, comme le degré de sensibilité de la zone d'extension ne fait que reprendre le DS II qui s'appliquait jusqu'à maintenant au secteur couvert par les deux zones, la raffinerie devra respecter les valeurs d'expositions au bruit du DS II, comme elle devait le faire jusqu'ici.
5.3 Les recourantes argumentent toutefois que, puisque la zone d'extension village II est déjà exposée au bruit de la raffinerie, un déclassement au sens de l'art. 43 al. 3 OPB se justifierait.
La possibilité de déclassement d'un degré offerte par l'art. 43 al. 2 OPB doit être utilisée avec retenue et n'entre en considération que pour des secteurs restreints largement exposés au bruit, dont l'affectation n'est pas susceptible d'être modifiée et pour lesquels il n'existe pas de perspectives concrètes d'assainissement de l'installation bruyante (arrêt 1A.20/2007 du 23 octobre 2007 consid. 4.3 in DEP 2008 p. 574 et les références citées). Un assainissement ou l'octroi d'un allègement prime sur la possibilité de déclassement prévue par l'art. 43 al. 2 OPB. La preuve qu'il serait impossible d'assainir ou que l'assainissement serait rendu très difficile ou disproportionné en cas d'attribution du DS conforme à la vocation de la zone incombe au détenteur de l'installation (ANNE-CHRISTINE FAVRE, op. cit., p. 236).
Les recourantes ont déposé un rapport du bureau d'étude @couConsult Sàrl du 19 octobre 2009, confirmé par un courrier du 14 janvier 2011, dont il ressort qu'il ne sera probablement plus possible d'adapter la stratégie de l'assainissement acoustique actuellement à l'étude (réalisation d'un écran végétal de grandes dimensions) en cas d'acceptation du projet. Le Tribunal cantonal a retenu que les avis techniques versés en cause par les recourantes n'apportaient pas de preuve suffisante puisqu'ils utilisaient le conditionnel pour poser leurs constats; à cela s'ajoutait que la hauteur maximale restait fixée à 12 m 50 et que la zone à bâtir n'était pas étendue. Avec les juges cantonaux, on ne voit ainsi pas en quoi les modifications litigieuses pourraient compromettre la stratégie actuellement préconisée (plantation d'une forêt de protection anti-bruit entre la raffinerie et la zone d'habitation) pour assainir acoustiquement la raffinerie, dans la mesure où celle-ci repose sur un état de fait qui demeurera inchangé. Dans ces conditions, il apparaît que les recourantes n'ont pas apporté la preuve que l'assainissement de leurs installations sera rendu très difficile ou disproportionné du fait de l'attribution du DS II à la zone d'extension village II. Il s'ensuit que le refus des autorités communales et cantonales de déclasser cette zone déjà exposée au bruit de la raffinerie n'excède pas les limites de leur pouvoir d'appréciation et que le grief tiré d'une mauvaise application de l'OPB doit être rejeté.
6. Il résulte de ce qui précède que le recours doit être rejeté, aux frais des recourantes qui succombent (art. 66 al. 1 et 5 LTF).
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté.
2. Les frais judiciaires, fixés à 3'000 fr., sont mis à la charge des recourantes, solidairement entre elles.
3. Le présent arrêt est communiqué au mandataire des recourantes, à la Commune de Collombey-Muraz, au Conseil d'Etat et au Tribunal cantonal du canton du Valais, Cour de droit public, ainsi qu'à l'Office fédéral de l'environnement, Division Droit.
Lausanne, le 22 février 2012
Au nom de la Ire Cour de droit public
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: Fonjallaz
La Greffière: Mabillard