Faits:
A. Situé dans la partie ouest du territoire de la commune de Rolle, le Domaine de Pré-de-Vers comprend une maison de maître et un domaine agricole sis sur la parcelle 326 du registre foncier de la commune de Rolle, en amont de la route cantonale. La parcelle 327, qui s'étend entre la route et le lac, fait également partie de la propriété; un petit port est creusé dans la berge de ce bien-fonds et un cabanon de 30 m2 est construit à quelques mètres de ce port.
Ce domaine a été légué à la commune de Rolle par D._, en 1924, avec la charge de créer une fondation pour enfants indigents et délicats. La Fondation C._ (ci-après: la Fondation) a été inscrite au registre du commerce en 1932 et a pour but d'accueillir des enfants atteints ou menacés dans leur santé physique ou mentale. Elle exerce cette activité sous la forme de l'Institut Pré-de-Vert et accueille des enfants en internat ou en externat sur les parcelles 326 et 327 dont elle a la jouissance.
De 1970 jusqu'au milieu des années 1980, la Fondation a mis à disposition d'une association d'aide aux jeunes travailleurs et apprentis un terrain d'environ 2'000 m2 en bordure du lac pour l'installation provisoire d'un camp nautique. La parcelle 327 a ainsi été équipée, à côté du petit port existant, d'un cabanon en bois servant à entreposer du matériel de voile et abritant une cuisinette, auquel sont rattachés des toilettes et une douche. Des camps de voile ont été organisés pendant l'été, les enfants et adolescents étant hébergés sur place, sous tentes. L'emplacement a ensuite été sous-loué, puis loué jusqu'en 2007 à une autre association qui avait également pour objectif d'organiser des camps de sports nautiques pour adolescents. Par convention du 17 juin 2008, le terrain a été mis à la disposition de l'Institut du Rosey, école privée située à Rolle.
B. A l'ouest du bien-fonds 327, dans le secteur Fleur d'eau, A._ et B._ sont propriétaires des parcelles 638 et 398, qu'ils ont achetées en 1997 et 1998 après avoir été locataires de la maison qui y est construite.
Depuis plusieurs années, les voisins de parcelles 326 et 327 - dont les époux A._ et B._ - se plaignent des nuisances sonores, tant diurnes que nocturnes, occasionnées par les activités de loisir pratiquées durant l'été. Il semble que les jeunes pour qui le terrain est mis à disposition ne soient pas les seuls en cause, les rives du lac attirant nombre de personnes au comportement indélicat. La municipalité a répondu dans un premier temps qu'elle entendait constituer un dossier et recueillir les plaintes que le camp avait provoquées. Après avoir été relancée, elle a fait savoir à A._, le 5 juin 2007, qu'elle avait requis les noms des responsables des camps pour leur rappeler les règles de bon voisinage et que les autorisations données seraient dorénavant assorties de conditions, nouvelles, qui devraient permettre de calmer la situation.
C. A la suite de l'admission par le Département cantonal des infrastructures, en 2004, d'un recours pour déni de justice d'un propriétaire foncier dans le secteur de l'ouest de la commune, la commune de Rolle a dû établir un projet de plan partiel d'affectation de l'Ouest Rollois (ci-après: le PPA de l'Ouest Rollois). Ce PPA porte sur plusieurs parcelles, notamment la 326 et la 327, dont l'affectation avait été "suspendue" lors de l'adoption du plan général d'affectation (PGA) de la commune en 1992.
Le périmètre du PPA est subdivisé en trois secteurs: celui de Fleuri et Sous-la-Dolle, celui de Pré-de-Vers et celui de Bellerive (art. 2.2 du règlement du PPA). Le secteur Pré-de-Vers comprend les parcelles 326 et 327. La parcelle 327 est concernée pour l'essentiel par l'aire de verdure et l'aire destinée aux activités de loisirs en relation avec le lac. L'art. 4.6 du règlement, relatif à l'aire destinée aux activités de loisirs en relation avec le lac, a la teneur suivante (les passages soulignés ont été introduits par l'amendement du Conseil communal du 11 mars 2008):
Destination:
1 Cette aire est destinée aux installations et constructions nécessitées par les activités de l'Institut et pour les activités de loisirs en liaison avec le lac.
Affectation:
2 Cette aire est affectée aux activités de loisir.
Degré de sensibilité au bruit:
3 Le degré de sensibilité III est attribuée à cette aire.
Utilisation du sol:
4 Seules 2 constructions de 1 niveau y sont admises, y compris la construction existante qui peut être maintenue et entretenue. Les constructions seront à l'usage exclusif de stockage et entrepôt de matériel.
5 Les nouvelles constructions s'implanteront dans le périmètre fixé en plan à cet effet, à proximité du bâtiment existant.
6 La surface bâtie maximale est de 160 m2 (y compris le bâtiment existant de 30 m2).
[...]
Sur le plan correspondant, l'aire destinée aux activités de loisirs en relation avec le lac représente une surface qui s'allonge sur environ 170 m en suivant la berge du lac, entre le cabanon existant à côté du port et le chemin d'accès qui longe la limite est de la parcelle. Le périmètre de construction, initialement sis en limite est de l'aire précitée, a été déplacé à l'endroit où se trouve la construction existante.
Le PPA de l'Ouest Rollois et son règlement ont été adoptés par la municipalité de Rolle lors de sa séance du 24 août 2006 et soumis à l'enquête publique du 1er septembre au 2 octobre 2006.
Le 18 septembre 2006, A._ a formé une opposition au PPA, au motif que la création d'une aire de loisir constructible au bord du lac sur la parcelle 327 en DS III contreviendrait au principe de la non-constructibilité de bâtiments de grande taille en bordure du lac et créerait un précédent fâcheux alors que le besoin de construire ne serait pas démontré. Il a maintenu son opposition par courrier du 7 septembre 2007.
Le texte du règlement et le plan munis des amendements du Conseil communal du 11 mars 2008 ont été transmis au Département cantonal de l'économie pour approbation. Par décision du 20 novembre 2008, le Département cantonal a approuvé préalablement, sous réserve des droits des tiers, le PPA de l'Ouest Rollois.
D. A._ et B._, ainsi que la Fondation, ont recouru auprès du Tribunal cantonal du canton de Vaud (ci-après: le Tribunal cantonal) contre l'approbation du PPA litigieux. Les causes ont été jointes. Après avoir effectué une vision locale en présence des parties, le Tribunal cantonal a rendu son arrêt le 28 décembre 2009. Il a rejeté le recours des époux A._ et B._ et partiellement admis celui de la Fondation en ce sens que l'art. 4.6 al. 4 du règlement du PPA de l'Ouest Rollois est modifié comme suit: "Seules deux constructions d'un seul niveau y sont admises, y compris la construction existante qui peut être maintenue et entretenue. Un usage d'hébergement est exclu". La décision attaquée a été maintenue pour le surplus.
E. 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 28 décembre 2009 en ce sens que le PPA de l'Ouest Rollois n'est pas approuvé préalablement en tant qu'il concerne la parcelle 327 du secteur Pré-de-Vers. Subsidiairement, ils concluent à l'annulation de l'arrêt attaqué, la cause étant renvoyée au Tribunal cantonal pour nouvelle décision dans le sens des considérants. Les recourants se plaignent en substance d'une application arbitraire du Plan directeur cantonal des rives vaudoises du lac Léman et du plan directeur communal. Ils font également valoir une violation du principe de la proportionnalité et une inégalité de traitement ainsi qu'une mauvaise application de la législation fédérale relative à la protection contre le bruit.
Par ordonnance du 24 février 2010, le Président de la Ire Cour de droit public a admis la requête d'effet suspensif des recourants.
Le Tribunal cantonal se réfère à son arrêt et conclut au rejet du recours. Le Département cantonal de l'économie conclut également au rejet du recours, pour autant qu'il soit recevable, et à la confirmation des décisions attaquées. La Municipalité de Rolle s'en remet à justice. La Fondation conclut au rejet du recours et à la confirmation de l'arrêt entrepris. Invité à déposer des observations, l'Office fédéral de l'environnement considère que le canton n'a pas outrepassé son pouvoir d'appréciation dans l'attribution du DS III à l'aire litigieuse. Les recourants ont répliqué le 27 mai 2010; ils confirment les conclusions prises dans leur mémoire de recours.
Considérant en droit:
1. Dirigé contre une décision prise en dernière instance cantonale dans le domaine du droit public de l'aménagement du territoire et de l'environnement, le recours est en principe recevable comme recours en matière de droit public selon les art. 82 ss LTF, aucune des exceptions prévues à l'art. 83 LTF n'étant réalisée.
2. 2.1 Aux termes de l'art. 89 LTF, la qualité pour recourir est reconnue à toute personne atteinte par la décision attaquée et qui dispose d'un intérêt digne de protection à son annulation ou à sa modification. Selon la jurisprudence rendue en application de cette disposition, le recourant doit se trouver dans une relation spéciale, étroite et digne d'être prise en considération avec l'objet de la contestation. La proximité avec l'objet du litige ne suffit cependant pas à elle seule à conférer au voisin la qualité pour recourir contre un plan d'affectation. Celui-ci doit en outre retirer un avantage pratique de l'annulation ou de la modification de la décision contestée qui permette d'admettre qu'il est touché dans un intérêt personnel se distinguant nettement de l'intérêt général des autres habitants de la collectivité concernée de manière à exclure l'action populaire (ATF 133 II 249 consid. 1.3.1 p. 252, 468 consid. 1 p. 470). Il incombe au recourant d'alléguer les faits qu'il considère comme propres à fonder sa qualité pour agir lorsqu'ils ne ressortent pas à l'évidence de la décision attaquée ou du dossier de la cause (ATF 133 II 249 consid. 1.1 p. 251).
2.2 Les griefs contenus dans le recours se rapportent exclusivement à l'aire destinée aux activités de loisirs en relation avec le lac ainsi qu'au périmètre d'implantation des constructions, prévus à l'est de la parcelle 327 et distants d'environ 220 m de la propriété des recourants. Ceux-ci se plaignent pour l'essentiel des nuisances sonores qui seront causées par l'exploitation de cette aire, classée en DS III (alors que l'entier de la parcelle est actuellement colloqué en DS II), et des possibilités de construire accordées par le PPA, qu'elles estiment contraires au droit.
3. Le Tribunal cantonal a dénié la qualité pour agir des recourants à l'encontre de l'attribution d'un DS III au périmètre litigieux, estimant qu'ils n'avaient aucun intérêt digne de protection à faire modifier le degré de sensibilité au bruit de la parcelle de la Fondation. Entrant néanmoins en matière, il a rejeté le grief au fond.
3.1 Le propriétaire d'un bien-fonds auquel est attribué un degré de sensibilité a bien entendu la qualité pour contester celui-ci. Le Tribunal fédéral a par ailleurs admis la qualité pour recourir d'un propriétaire contre le DS attribué à une parcelle voisine, lorsque celui-ci entraînait l'obligation pour le recourant de limiter plus sévèrement les émissions de bruit de ses installations actuelles ou futures; dans cette mesure, l'attribution du nouveau DS avait un effet direct sur le mode d'utilisation de l'immeuble du recourant (arrêt 1A.277/2000 du 16 janvier 2001, SJ 2001 I 269, consid. 4b; cf. également arrêt 1C_57/2007 du 14 août 2007, SJ 2008 I 117, consid. 3.3). Ces arrêts concernent des cas où la parcelle voisine s'est vu attribuer un degré de sensibilité inférieur à l'ancien (passage du DS IV au III, respectivement du DS III au DS II). Or, dans le cas particulier, on se trouve dans une situation inverse, puisque l'aire contestée passera du DS II au DS III. Ceci ne provoquera pas une restriction de l'utilisation des parcelles des recourants au sens de la jurisprudence susmentionnée.
Selon la doctrine, un propriétaire peut également mettre en cause le degré de sensibilité attribué à un bien-fonds voisin, lorsque celui-ci pourrait exercer une incidence sur le degré de sensibilité à fixer dans la zone où est située sa propriété ou son installation (ANNE-CHRISTINE FAVRE, La protection contre le bruit dans la loi sur la protection de l'environnement, thèse Lausanne 2002, p. 241 s.). L'hypothèse visée se présente lorsque la planification ancienne n'a pas encore été adaptée aux exigences du droit fédéral de la protection de l'environnement et que la fixation du degré de sensibilité au bruit fait défaut dans tout ou partie du territoire. En l'occurrence, il n'y a pas de risque pour les recourants de voir leurs parcelles colloquées en DS III puisque le plan de quartier Fleur d'Eau attribue à celles-ci un DS II, plus favorable. Les recourants sont ainsi protégés contre les immissions sonores générées tant à l'intérieur de leur zone que par des installations situées à l'extérieur de celle-ci, en fonction du DS II attribué à leur parcelle (cf. ANNE-CHRISTINE FAVRE, op. cit., p. 219). C'est à tort que les recourants partent du principe que le DS III accordé à l'aire litigieuse provoquera forcément des nuisances sonores incompatibles avec le degré de sensibilité de leur parcelle. Il appartiendra en effet aux exploitants des installations litigieuses de veiller à ce que celles-ci ne provoquent pas d'immissions excessives dont les voisins pourraient se plaindre. Il résulte de ce qui précède que l'attribution d'un DS III à l'aire destinée aux activités de loisirs en relation avec le lac sise sur la parcelle 327 ne devrait pas avoir d'impact sur les parcelles des recourants. On peut donc douter que ceux-ci puissent se prévaloir d'un intérêt digne de protection à faire modifier le degré de sensibilité contesté.
3.2 Quoi qu'il en soit, c'est à juste titre que le Tribunal cantonal a considéré que le grief, fut-il recevable, était infondé.
En vertu de l'art. 43 al. 1 de l'ordonnance du 15 décembre 1986 sur la protection contre le bruit (OPB; RS 814.41), le DS II est à appliquer 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 le DS III dans les zones où sont admises des entreprises moyennement gênantes, notamment dans les zones d'habitation et artisanales (zones mixtes) ainsi que dans les zones agricoles (let. c). Les rives d'un lac ne constituent pas un territoire requérant une protection accrue contre le bruit lorsque l'on permet que s'y déroulent des activités telles que jeux, baignade, barbecue, etc. (Anne-Christine Favre, op. cit., p. 228). Certes, comme le relève l'Office fédéral de l'environnement, l'attribution d'un DS II à la zone litigieuse ouverte aux activités de loisirs en relation avec le lac pourrait se concevoir, car cette aire constitue une surface de détente et qu'elle est entourée de zones d'habitation de DS II. Toutefois, cette attribution impliquerait des restrictions au niveau de l'utilisation du site qui pourraient entrer en conflit avec l'usage prévu et/ou historique de cette aire d'activité. L'attribution d'un DS III est cohérente dans cette situation, car cette aire ne requiert pas une protection particulière contre le bruit et le type d'activités de loisir prévu est admissible dans un DS III. Par conséquent, le canton n'a pas outrepassé le pouvoir d'appréciation qui lui est reconnu dans ce domaine (cf. ATF 121 II 235 consid. 5a p. 238; 120 Ib 287 consid. 3c/bb p. 295 et les arrêts cités) et il n'y a pas lieu de remettre en cause le degré de sensibilité attribué à l'aire litigieuse.
En outre, le Tribunal cantonal a constaté que le bruit dont se plaignaient les recourants ne faisait pas partie de l'exploitation "ordinaire" des installations existantes (cf. arrêt 1A.240/2005 du 9 mars 2007 consid. 4.5.1 et 4.5.3). Il s'agissait plutôt de débordements isolés provoqués, en particulier certaines nuits passées, par des jeunes laissés sans surveillance sur la parcelle. Dans ces conditions, c'est à bon droit qu'il a jugé que ces inconvénients relevaient de l'application du règlement communal de police et non pas du droit fédéral de la protection de l'environnement (cf. ATF 118 Ib 590 consid. 3d p. 597).
4. Il reste encore à examiner si les recourants sont habilités à recourir contre les possibilités de construire accordées par le PPA de l'Ouest Rollois sur la parcelle 327.
4.1 Selon la jurisprudence, le voisin a qualité pour agir lorsque son terrain jouxte celui du constructeur ou se trouve à proximité immédiate de celui-ci (ATF 121 II 171 consid. 2b p. 174; 115 Ib 508 consid. 5c p. 511). On peut déjà relever que tel n'est pas le cas des recourants; une certaine distance (environ 220 m) sépare leur villa du périmètre de construction litigieux et l'espace intermédiaire est occupé par deux bien-fonds dont l'un construit d'une villa ainsi que par une importante zone de verdure. Les conditions de l'art. 89 LTF peuvent néanmoins être remplies, même en l'absence de voisinage direct, quand une distance relativement faible sépare l'immeuble du recourant de l'installation litigieuse (cf. ATF 121 II 171 consid. 2b p. 74 et la jurisprudence citée). La qualité pour agir a ainsi été admise notamment dans des cas où les parcelles litigieuses étaient distantes de 25 m (ATF 123 II 74 consid. non publié 1b), 45 m (arrêt 1P.643/1989 du 4 octobre 1990 consid. 3b), de 70 m (arrêt 1P.410/1988 du 12 juillet 1989 consid. 2), de 120 m (ATF 116 Ib 323 consid. 2 p. 325) ou de 150 m (ATF 121 II 171 consid. 2c/bb p. 175). Elle a en revanche été déniée dans des cas où cette distance était de 800 m (ATF 111 Ib 159 consid. 1b p. 160), respectivement de 600 m (arrêt 1A.179/1996 du 8 avril 1997, RDAF 1997 I 242, consid. 3a), de 220 m (arrêt du 1A.46/1998 du 9 novembre 1998 consid. 3c), 200 m (arrêt du A.122/1983 du 2 novembre 1989, ZBl 85/1984 p. 378, consid. 2a), 150 m (ATF 112 Ia 119 consid. 4b p. 123) et de 100 m (arrêt 1C_342/2008 consid. 2).
La distance par rapport à l'objet du litige ne constitue toutefois pas l'unique critère pour déterminer la qualité pour agir du voisin. S'il est certain ou très vraisemblable que l'installation litigieuse sera à l'origine d'immissions - bruit, vibrations, lumières ou autres - touchant spécialement les voisins, même situés à quelque distance, ces derniers peuvent avoir qualité pour recourir (cf. ATF 125 II 10 consid. 3a p. 15; arrêt 1A.179/1996 du 8 avril 1997, RDAF 1997 I 242, consid. 3a). Le voisin doit en outre retirer un avantage pratique de l'annulation ou de la modification de l'arrêt contesté; il doit ainsi invoquer des dispositions de droit des constructions susceptibles d'avoir une incidence sur sa situation de fait ou de droit (ATF 133 II 249 consid. 1.3.1 p. 252; Message, FF 2001 p. 4127; cf. ATF 120 Ib 431 consid. 1 p. 433).
4.2 En l'occurrence, les recourants font valoir que la parcelle litigieuse est incluse dans le Plan directeur cantonal des rives du lac Léman et que, dans ce cadre, elle ferait l'objet de mesures de protection. Le projet du PPA de l'Ouest Rollois s'écarterait tant de la lettre et de l'esprit du Plan cantonal précité et serait également contraire à la planification communale. En effet, une surface construite de 160 m2, si près de la rive, modifierait de manière significative le paysage de celle-ci. Par ailleurs, les possibilités de construire accordées par le PPA constitueraient un "dangereux précédent" et une inégalité de traitement par rapport aux secteurs voisins de Fleur d'Eau et de Bellerive. Il apparaît que, dans leur motivation, les recourants se contentent de se plaindre d'une mauvaise application du droit, voire d'une application arbitraire du droit cantonal et communal, sans toutefois faire valoir de restrictions à leurs droits de propriété. Leurs arguments relèvent dès lors de l'action populaire, dans la mesure où ils s'opposent aux atteintes portées au site en invoquant uniquement des intérêts de nature idéale. Or, ils ne sont pas légitimés à agir sous cet angle.
Ils allèguent certes que l'extension de 30 m2 à 160 m2 de la surface construite engendrerait "un accroissement proportionnel voire exponentiel" des activités bruyantes et des nuisances sonores, déjà problématiques en l'état. L'accroissement de ces nuisances est cependant purement hypothétique, tant il est vrai que la construction d'un nouveau bâtiment, sans possibilité d'hébergement, dans une aire consacrée aux loisirs ne provoque pas en soi des comportements particulièrement bruyants ou dérangeants. Les recourants n'ont pas pas rendu vraisemblable que la future construction implantée dans le périmètre litigieux pourrait être à l'origine d'immissions de bruit touchant spécialement les voisins, ni qu'ils seraient plus incommodés que les autres propriétaires. Par ailleurs, comme il a été constaté au consid. 3.1 ci-dessus, ils sont protégés des éventuelles immissions sonores excessives par le DS II en vigueur dans leur zone d'habitation.
En réalité, les recourants n'ont pas démontré que le périmètre d'implantation des constructions litigieux était susceptible de leur causer un réel préjudice. Ils n'ont en particulier invoqué aucune disposition de droit des constructions susceptible d'avoir une incidence sur leur situation de fait ou de droit. Les conditions de l'art. 89 LTF ne sont dès lors pas remplies et ils n'ont pas la qualité pour recourir contre les possibilités de construire prévues sur la parcelle 327.
5. Il résulte de ce qui précède que le recours doit être rejeté dans la mesure où il est recevable, aux frais des recourants qui succombent (art. 65 et 66 al. 1 LTF). Ceux-ci verseront en outre une indemnité de dépens à l'intimée qui a eu recours à un avocat (art. 68 al. 2 LTF). La municipalité de Rolle et le Service du département territorial n'ont en revanche pas droit à des dépens (art. 68 al. 3 LTF).
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté dans la mesure où il est recevable.
2. Les frais judiciaires, fixés à 3'000 fr., sont mis à la charge des recourants.
3. Une indemnité de 2'000 fr. est allouée à l'intimée à titre de dépens, à la charge des recourants.
4. Le présent arrêt est communiqué aux mandataires des parties et de la Municipalité de Rolle, au Département de l'économie, Service du développement territorial, et au Tribunal cantonal du canton de Vaud, Cour de droit administratif et public, ainsi qu'à l'Office fédéral de l'environnement, Division Droit.
Lausanne, le 14 septembre 2010
Au nom de la Ire Cour de droit public
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: La Greffière:
Féraud Mabillard