Faits:
A. En 2004, les communes de Conthey et de Vétroz ainsi que le Service des routes et des cours d'eau du canton du Valais ont chargé un bureau spécialisé d'étudier la problématique des déplacements dans le périmètre intercommunal défini, à l'ouest, par la route communale (RC) 504, laquelle fait office de bretelle autoroutière, au nord par la rue des Grands Prés, à l'est par la route des Peupliers et au sud par les rues du Collège et des Fougères. Le mandat a été confié à X._, à Lausanne, qui, la même année, a établi un schéma directeur des déplacements (SDD). Ce document recommandait de créer, à court terme, une desserte du secteur commercial situé au sud de la RC T9, afin de délester en partie cette artère. La mesure préconisée revenait à réaménager la route des Rottes et à en prévoir le raccordement à la RC 504 par la construction d'un giratoire à trois branches.
Par avis inséré dans le Bulletin officiel du 19 septembre 2008, les communes de Conthey et de Vétroz ont mis à l'enquête publique la réfection de la route des Rottes et une demande d'allègement en matière de bruit. La section concernée par cette publication mesure 510 mètres environ. Son tracé reprend celui de la route des Rottes jusqu'à l'avenue de Derborence, puis une desserte agricole sans nom jusqu'à la sortie de son intersection avec la route de Sécheron. Le raccordement à la RC 504, assuré par un giratoire, s'effectue environ 70 mètres plus loin. Le tronçon qui couvre cette distance de 70 mètres a fait l'objet d'une mise à l'enquête publique au Bulletin officiel du 26 septembre 2008 par le Département cantonal des transports, de l'équipement et de l'environnement.
A Conthey, la portion à réaménager longe une zone "A1, artisanat et commerce - centre d'achats" selon l'art. 113bis du règlement communal des constructions et des zones (RCCZ), approuvé par le Conseil d'Etat les 10 juin 1997 et 8 mars 2006. Elle se trouve également bordée d'une zone "A1, artisanat et commerces" (art. 113 RCCZ) et, sur quelques mètres, d'une zone "résidence de plaine forte densité" (art. 106 RCCZ). La partie du projet située sur la commune de Vétroz traverse une zone agricole (cf. art. 80 du règlement communal des constructions [RCC], approuvé par le Conseil d'Etat le 6 décembre 2006).
B. L'ouvrage mis à l'enquête par le Département cantonal des transports, de l'équipement et de l'environnement n'a suscité aucune opposition. Il a été approuvé par le Département fédéral de l'environnement, des transports, de l'énergie et de la communication (DETEC) le 16 juillet 2009, décision restée inattaquée.
La réfection de la route des Rottes et la demande d'allègement en matière de bruit ont fait l'objet de plusieurs oppositions, dont celles de B._ et de l'Association pour la sauvegarde des intérêts économiques des propriétaires d'immeubles de la zone agricole de Vétroz (ci-après: l'Association A._).
Le 5 novembre 2008, les communes de Conthey et de Vétroz ont requis du Conseil d'Etat l'approbation du projet de réfection de la route des Rottes et l'octroi d'un allègement en matière de bruit. Elles ont proposé, le 27 novembre 2008 respectivement le 3 décembre 2008, la levée des oppositions qui leur étaient parvenues.
Le dossier a été soumis aux différents services concernés. Il a été préavisé favorablement par le Service cantonal des routes et des cours d'eau (le 6 janvier 2009) et le Service de l'aménagement du territoire (actuellement le Service du développement territorial; le 13 janvier 2009). Le Service de la protection de l'environnement a délivré un préavis négatif (le 9 janvier 2009), qui a conduit les auteurs du projet à réexaminer les aspects liés au bruit. CSD Ingénieurs Conseils SA (ci-après: CSD), mandatée pour étudier cette problématique, a synthétisé les compléments et modifications requis dans un document du 13 février 2009, qui a reçu l'assentiment du Service de la protection de l'environnement le 17 mars 2009. La demande d'allègement en matière de bruit, dans sa nouvelle teneur, a été mise à l'enquête publique dans le Bulletin officiel du 24 avril 2009. Ni B._, ni l'Association A._ ne s'y sont opposés.
C. Le 12 août 2009, le Conseil d'Etat a approuvé les plans du projet et déclaré les travaux d'intérêt public, en imposant la pleine compensation des surfaces d'assolement absorbées par la réalisation de l'ouvrage (1'370 m2) et le rétablissement des accès aux terrains agricoles en cours de construction. Il a accordé l'allègement en matière de bruit requis et rejeté les oppositions de B._ et de l'Association A._.
Par arrêt du 12 mai 2010, la Cour de droit public du Tribunal cantonal du canton du Valais (ci-après: le Tribunal cantonal) a rejeté le recours de l'Association A._ et B._ contre la décision du Conseil d'Etat du 12 août 2009. Le Tribunal cantonal a considéré en substance que le principe de la coordination avait été respecté et que le projet était conforme à la législation fédérale en matière d'aménagement du territoire et d'environnement.
D. Agissant par la voie du recours en matière de droit public, l'Association A._ et B._ demandent au Tribunal fédéral d'annuler l'arrêt du Tribunal cantonal du 12 mai 2010 ainsi que la décision du Conseil d'Etat du 12 août 2009 en ce qui concerne l'approbation des plans routiers et l'octroi de l'allègement et de constater la nullité de la décision du DETEC du 16 juillet 2009. Subsidiairement, ils concluent au renvoi du dossier aux autorités communales et cantonales compétentes pour étude complémentaire et nouvelle décision dans le sens des considérants. Ils se plaignent pour l'essentiel d'une violation de leur droit d'être entendus et d'une mauvaise application du droit fédéral.
Le Tribunal cantonal et le Conseil d'Etat renoncent à se déterminer. Les communes de Conthey et de Vétroz concluent au rejet du recours dans la mesure où il est recevable. Invité à présenter des observations, l'Office fédéral de l'environnement n'a constaté aucune violation du droit fédéral en matière d'environnement. Les recourants ainsi que les communes de Conthey et de Vétroz se sont déterminés à ce propos et maintiennent leurs conclusions respectives.
Par ordonnance du 19 juillet 2010, le Président de la Ire Cour de droit public a admis la demande d'effet suspensif contenue dans le recours.

Considérant en droit:
1. La décision attaquée a été rendue, en dernière instance cantonale, dans une cause de droit public au sens de l'<ref-law>, sans qu'aucune des exceptions prévues à l'<ref-law> ne soit réalisée, de sorte que la voie du recours en matière de droit public est ouverte (art. 82 à 89 LTF).
En tant que copropriétaire d'une parcelle sur laquelle la réalisation litigieuse devrait empiéter (le projet prévoit notamment l'expropriation de 350 m2 de la parcelle n° 13255 à Vétroz), B._ a manifestement qualité pour recourir au sens de l'<ref-law>: il a pris part à la procédure devant la cour cantonale, est particulièrement atteint par la décision attaquée et a un intérêt digne de protection à son annulation. La qualité pour agir de l'Association A._ peut dès lors rester indécise, comme elle l'a été devant le Tribunal cantonal.
2. 2.1 A titre de moyens de preuve, les recourants requièrent la production des dossiers de mise à l'enquête publique des communes de Vétroz et de Conthey ainsi que des dossiers du Conseil d'Etat et du Tribunal cantonal. Ces pièces ont été versées par les autorités concernées, si bien que la requête des recourants est satisfaite sur ce point.
Ceux-ci demandent également l'édition par la commune de Conthey du dossier d'autorisation de construire du nouveau Centre Migros Conthey ainsi que du rapport d'impact du projet établi en février 2007 par le bureau Y._. Or, il apparaît d'une part que le rapport d'impact précité se trouve dans le dossier cantonal (voir la pièce 9 du dossier communal). D'autre part, les questions relatives à l'autorisation de construire la nouvelle Migros sortent du cadre du présent litige et n'ont pas d'incidence sur l'issue de la procédure, de sorte qu'il n'y a pas lieu d'instruire à leur sujet. La requête doit donc être rejetée sous cet angle.
2.2 Les communes de Vétroz et de Conthey ont joint à leur mémoire de réponse plusieurs pièces nouvelles, à savoir la décision d'autorisation de construire le Centre Migros Conthey du 9 juillet 2009 avec son annexe du 18 septembre 2009 et la lettre de refus d'exécution anticipée des travaux du 18 décembre 2008 ainsi que la notice d'impact sur l'environnement CSD SA du 26 mars 2008. Ces preuves nouvelles n'ont pas à être prises en compte, en vertu de l'<ref-law>.
3. Dans un grief qu'il convient d'examiner en premier lieu, les recourants se plaignent d'une violation de leur droit d'être entendus, plus particulièrement de celui de consulter le dossier.
3.1 Le droit d'être entendu, tel qu'il est garanti par l'art. 29 al. 2 Cst., comprend notamment le droit de consulter le dossier (<ref-ruling> consid. 3a p. 436; <ref-ruling> consid. 2b p. 10) qui s'étend à toutes les pièces décisives (<ref-ruling> consid. 2a p. 227). Il en découle notamment que l'autorité qui verse au dossier de nouvelles pièces dont elle entend se prévaloir dans son jugement est tenue en principe d'en aviser les parties, même si elle estime que les documents en question ne contiennent aucun nouvel élément de fait ou de droit (<ref-ruling> consid. 3 p. 388 s.). Le droit de consulter le dossier n'est en général accordé que sur demande (<ref-ruling> consid. consid.6.2 p. 391 et les références) et si, pour garantir le droit d'être entendues des parties, l'autorité doit les informer du contenu de leur dossier et le tenir à leur disposition, elle ne doit pas systématiquement les inviter à venir le consulter (JAAC 1989 no 12 p. 69, consid. 3).
L'art. 25 de la loi valaisanne du 6 octobre 1976 sur la procédure et la juridiction administratives (ci-après: LPJA) invoqué par les recourants ne leur accorde pas un droit plus étendu, de sorte que le grief soulevé doit être examiné à la lumière des principes déduits directement de l'art. 29 al. 2 Cst. (cf. <ref-ruling> consid. 2c p. 138 s. et la jurisprudence citée).
3.2 Selon les recourants, le Conseil d'Etat se serait fondé, pour prendre sa décision, sur un rapport technique du 13 février 2009 dont ils n'auraient pas eu connaissance, ainsi que sur divers préavis qui ne leur ont pas été communiqués. L'autorité aurait dû les informer, une fois le dernier préavis déposé, que l'instruction de l'affaire était close et que le dossier pouvait être consulté.
L'arrêt attaqué relève que l'expertise complémentaire du 13 février 2009 a été élaborée à la suite du préavis négatif émis le 9 janvier 2009 par le Service cantonal de la protection de l'environnement. Les compléments et modifications qu'elle contient ont exigé l'adaptation de la demande d'allègement en matière de bruit, laquelle a été mise à l'enquête publique le 24 avril 2009. Comme l'a souligné le Tribunal cantonal, cette publication permettait à tout intéressé de prendre connaissance de la requête et des pièces y relatives, dont l'expertise susmentionnée. Les recourants, qui n'ont entrepris aucune démarche dans ce sens, sont dès lors malvenus de se plaindre d'une violation de leur droit d'être entendus, qu'ils se sont en réalité abstenus d'exercer. Par ailleurs, les divers préavis publiés n'évoquaient pas spécifiquement les griefs généraux et sommairement motivés qu'ils avaient avancés sous l'angle du bruit; ils n'étaient par conséquent pas plus concernés que quiconque par la publication complémentaire au Bulletin officiel, à laquelle ils ne devaient pas être spécialement rendus attentifs. Le droit d'être entendus des recourants a ainsi été sauvegardé par la publication officielle et le Conseil d'Etat n'était pas tenu de les inviter personnellement à venir consulter le dossier.
3.3 Les recourants auraient formé une opposition lors de la première mise à l'enquête publique. L'autorité aurait toutefois procédé immédiatement à une deuxième mise à l'enquête, sans avoir rendu de décision sur la première. Ils estiment que ce mode de faire est également une atteinte importante à leur droit d'être entendus. Ce grief, plutôt vague, semble être exposé pour la première fois devant le Tribunal fédéral. Les recourants n'expliquent au demeurant pas précisément, et il est malaisé de saisir, en quoi leur droit d'être entendus aurait été violé. Dans leur réponse, les communes intimées expliquent que le premier projet, mis à l'enquête le 16 mai 2008, avait fait l'objet d'une opposition des recourants. Cette opposition comportant un grief d'ordre formel apparemment bien fondé, elles avaient décidé de retirer la procédure au profit d'une nouvelle mise à l'enquête publique, après en avoir informé les opposants. L'on ne voit pas en quoi ce procédé aurait lésé les intéressés.
Il résulte de ce qui précède que le présent grief est mal fondé et doit être rejeté.
4. Les recourants affirment que la décision du DETEC du 16 juillet 2009, relative à la construction du giratoire de raccordement sur la RC 504, est nulle de plein droit en raison d'une violation grave de l'art. 12 al. 1 let. i de l'ordonnance du 7 décembre 2007 sur les routes nationales (ORN; RS 725.111); le DETEC a en effet renoncé à établir un rapport explicatif à l'étude d'impact sur l'environnement alors que le droit fédéral imposerait l'EIE.
C'est à juste titre que le Tribunal cantonal a relevé, dans son arrêt, que les recourants excipaient d'une prétendue irrégularité matérielle de la décision, vice soumis au régime de l'annulabilité. En effet, qu'un rapport d'impact sur l'environnement formel n'ait pas été rédigé n'entraîne pas ispo facto la nullité d'un plan. Car cela ne signifie pas encore que les autorités responsables de l'élaboration et de l'approbation des plans d'affectation aient négligé les prescriptions matérielles sur la protection de l'environnement (arrêt 1A.200/2006 du 16 août 2007 consid. 3.3; arrêt 1A.136/2004 du 5 novembre 2004 consid. 2.5 et les références citées dans ces arrêts). Dans ces conditions, la nature du moyen invoqué fait effectivement obstacle au constat de nullité réclamé et les critiques des recourants quant au bien-fondé de la décision du DETEC 16 juillet 2009 ne peuvent être prises en considération dans le cadre du présent recours. C'est au demeurant en vain que ceux-ci invoquent leur droit d'être entendus et le principe de la coordination des procédures pour se plaindre de n'avoir pu recourir contre la décision précitée. Ils n'ont en effet pas formé opposition contre le projet de raccordement à la RC 504, lequel a pourtant été valablement mis à l'enquête publique dans le Bulletin officiel du 26 septembre 2008.
5. Les recourants font valoir une violation du principe de la coordination ancré à l'art. 25a de la loi fédérale du 22 juin 1979 sur l'aménagement du territoire (LAT; RS 700). A leur avis, les procédures relatives à la restructuration de la route des Rottes et à son giratoire d'accrochage sur la bretelle RC 504 n'ont pas été coordonnées.
5.1 Le principe de la coordination des procédures vise en premier lieu à assurer, d'un point de vue matériel, une application cohérente des normes sur la base desquelles des décisions administratives doivent être prises (cf. <ref-ruling> consid. 5 p. 409 s.). Le moyen d'y parvenir, lorsque l'implantation ou la transformation d'une construction ou d'une installation nécessite des décisions émanant de plusieurs autorités, relève de la coordination formelle. A ce titre, l'art. 25a LAT prévoit qu'une autorité chargée de la coordination doit en particulier veiller à ce que toutes les pièces du dossier de demande d'autorisations soient mises simultanément à l'enquête publique (art. 25a al. 2 let. b LAT) et à ce qu'il y ait une concordance matérielle des décisions ainsi que, en règle générale, une notification commune ou simultanée (art. 25a al. al. 2 let. d LAT); ces décisions ne doivent pas être contradictoires (art. 25a al. 3 LAT).
Lorsqu'un projet se compose de parties soumises au droit cantonal, respectivement fédéral, et qu'un élargissement de la compétence cantonale ou fédérale n'entre pas en ligne de compte, la coordination se limite à une application cohérente du droit matériel (arrêt 1A.141/2006 du 27 septembre 2006 consid. 5.1 et 6). La jurisprudence reconnaît qu'un surcroît de difficultés procédurales résultant d'une telle situation ne justifie pas une remise en question, contraire à la loi, de la répartition des compétences entre Confédération et cantons (arrêt 1A.139/2009 du 27 septembre 2006 consid. 4.2).
5.2 En l'espèce, les plans relatifs à la construction du giratoire sur la RC 504 et à son raccordement à la route des Rottes doivent être approuvés par le DETEC (art. 26 de la loi fédérale du 8 mars 1960 sur les routes nationales [LRN; RS 725.11]), qui tranche également les oppositions y relatives (<ref-law>). Le projet de réaménagement proprement dit de cette route communale doit, quant à lui, recevoir l'approbation du Conseil d'Etat, qui statue en outre sur les oppositions (cf. art. 47 al. 1 de la loi valaisanne du 3 septembre 1965 sur les routes [ci-après: LR/VS]). Bien que soumises à l'approbation d'autorités différentes, chacune des deux sections qui composent le projet est nécessaire au fonctionnement de l'autre. Il s'agit donc effectivement d'un cas de procédure complexe qu'il faut coordonner. Comme les compétences respectives du DETEC et du Conseil d'Etat ne peuvent empiéter l'une sur l'autre, c'est à juste titre que le Tribunal cantonal a considéré que seule l'inexistence ou l'insuffisance d'une coordination matérielle portant sur la planification et l'évaluation des sections susmentionnées pouvait être critiquée (cf. consid. 4.1 ci-dessus). C'est dès lors en vain que les recourants affirment que l'absence de coordination (formelle) des procédures les aurait empêchés de s'opposer à la décision du DETEC du 16 juillet 2009, soutenant qu'ils n'auraient, de ce fait, pas eu connaissance de cette décision avant la procédure devant le Tribunal cantonal (cf. également consid. 4 ci-dessus).
Les juges cantonaux ont estimé que le projet, considéré dans son ensemble, avait fait l'objet d'une application cohérente des normes matérielles pertinentes, notamment du fait que les autorités de décision avaient eu recours à l'appréciation des mêmes services. Selon les recourants, une telle argumentation est dénuée de pertinence, car cela ne signifierait pas encore qu'il y a eu un examen global du projet. Ils se contentent ainsi d'affirmer que le principe de la coordination a été violé, sans toutefois expliquer plus précisément en quoi consisterait cette violation; ils ne font en effet pas valoir que les autorités cantonale et fédérale auraient rendu des décisions contradictoires ou procédé à une application incohérente des dispositions topiques. Ils allèguent pour la première fois devant le Tribunal fédéral que l'autorisation de construire le nouveau Centre Migros Conthey n'a pas été coordonnée avec le projet litigieux. Ils ne peuvent cependant invoquer le principe de la coordination pour élargir le cadre du litige, lequel se limite à la réfection de la route des Rottes. Le Tribunal fédéral n'a dès lors pas à vérifier si, comme le soutiennent les recourants, l'autorisation de construire la nouvelle Migros n'aurait dû être délivrée qu'une fois le terrain desservi d'une manière adaptée à l'utilisation prévue par des voies d'accès conformément à l'art. 19 LAT.
Les recourants voient encore une violation du principe de la coordination du fait que le bureau d'étude CSD n'a établi aucune étude du bruit relatif à l'aménagement de la route des Rottes sur le territoire de la commune de Vétroz et que les difficultés liées à l'augmentation du trafic journalier n'ont pas été prises en compte. Dans la mesure où ces critiques tendent à dénoncer une mauvaise application des normes de protection de l'environnement ou de l'aménagement du territoire, elles seront examinées avec les griefs soulevés par les recourants au fond.
Il résulte de ce qui précède et du sort réservé aux griefs examinés ci-après, en tant qu'ils reviennent à alléguer une violation du principe de la coordination matérielle, que le reproche tiré d'une application incohérente du droit de fond est injustifié et que le recours doit être rejeté sur ce point.
6. 6.1 Invoquant l'art. 25 al. 1 de la loi fédérale du 7 octobre 1983 sur la protection de l'environnement (LPE; RS 7), les recourants se plaignent de ce que le bureau CSD n'a établi aucune étude du bruit routier relatif à l'aménagement de la route de Rottes sur le territoire de la commune de Vétroz situé en zone agricole. Selon les termes de cette disposition, de nouvelles installations fixes ne peuvent être construites que si les immissions causées par le bruit de ces seules installations ne dépassent pas les valeurs de planification dans le voisinage; l'autorité qui délivre l'autorisation peut exiger un pronostic de bruit.
Comme l'a souligné le Tribunal cantonal, la notion de "voisinage" de l'<ref-law> a été concrétisée aux art. 41 et 39 de l'ordonnance du 15 décembre 1986 sur la protection contre le bruit (OPB; RS 814.41), qui règlementent l'application (dans l'espace) des valeurs limites d'exposition et le lieu de leur détermination (<ref-ruling> consid. 3.4.2 p. 621). Ces valeurs sont valables pour les bâtiments comprenant des locaux à usage sensible au bruit, dans les zones à bâtir non encore construites où, conformément au droit sur l'aménagement du territoire et des constructions, pourront être érigés des bâtiments comprenant des locaux à usage sensible au bruit ainsi que sur le secteur non construit de zones qui requièrent une protection accrue contre le bruit (<ref-law>). Autrement dit, l'OPB ne protège pas en tout lieu les personnes touchées par des atteintes; elle fait au contraire appel à une notion de voisinage qualifié (Anne-Christine Favre, La protection contre le bruit dans la loi sur la protection de l'environnement, 2002, p. 98 et 102). Or, il n'est pas contesté que le secteur en cause est en zone agricole et ne comprend pas de bâtiments destinés au séjour prolongé de personnes. Dans ces conditions, c'est à bon droit que le Tribunal cantonal a jugé que les valeurs d'exposition auxquelles l'<ref-law> fait référence y sont hors sujet, ce qui exclut une violation de l'<ref-law>.
6.2 Les recourants soutiennent ensuite que le rapport d'impact du projet du nouveau Centre Migros Conthey établi en 2007 par le bureau Y._ n'a pas été versé au dossier de la route des Rottes, de sorte qu'il ne serait pas possible de contrôler si les effets d'exploitation induits par le centre commercial en question ont été appréciés globalement et si un plan de mesures a été établi conformément aux <ref-law> et 31 de l'ordonnance du 16 décembre 1985 sur la protection de l'air (OPair; RS 814.318.142.1).
Selon l'<ref-law>, lorsque plusieurs sources de pollutions atmosphériques entraînent des atteintes nuisibles ou incommodantes, ou si de telles atteintes sont à prévoir, l'autorité compétente établit dans un délai fixé un plan de mesures à prendre pour réduire ces atteintes ou pour y remédier (plan de mesures). En outre, l'<ref-law> astreint l'autorité à élaborer un plan de mesures au sens de l'<ref-law> s'il est établi ou à prévoir que, en dépit de limitations préventives des émissions, des immissions excessives sont ou seront occasionnées par une infrastructure destinée aux transports (let. a) ou par plusieurs installations stationnaires (let. b).
En l'espèce, contrairement à ce qu'affirment les recourants, le rapport d'impact de la future Migros se trouve dans le dossier (cf. consid. 2.1 ci-dessus). Il ressort de l'arrêt attaqué et des observations de l'Office fédéral de la protection de l'environnement du 28 septembre 2010 que les nuisances générées par l'exploitation du centre commercial y sont appréciées globalement, y compris la charge du trafic qui se développera sur la route des Rottes. De plus, l'Office fédéral précité estime que le calcul des quantités d'émissions paraît plausible. Ni dans leur mémoire de recours, ni dans leur réplique, les recourants n'émettent des critiques concrètes aptes à remettre en cause l'exactitude de ces calculs et à infirmer la constatation du Tribunal cantonal selon laquelle les valeurs limites de l'OPair sont respectées. Par ailleurs, le Valais s'est doté d'un plan de mesures pour la protection de l'air. Il s'agit de l'arrêté du 8 avril 2009 sur le plan cantonal de mesures pour la protection de l'air, qui prévoit diverses actions pour lutter contre ce phénomène, notamment en cas de dépassement des valeurs limites d'immissions. Dans ces conditions, l'<ref-law> est respecté dans le présent cas.
6.3 Les recourants prétendent enfin que la procédure suivie par les communes de Vétroz et de Conthey est contraire aux <ref-law> et 31 OPair. Un projet d'une telle ampleur, qui fait l'objet de trois mises à l'enquête séparées (construction du centre commercial, création d'un rond-point et réfection de la route de raccordement) entraînerait l'impossibilité de mesurer l'incidence environnementale du plus grand centre commercial du Valais sur la route qui lui servira d'accès. Avec le Tribunal cantonal, on ne décèle toutefois dans les dispositions précitées aucun passage obligeant les autorités de joindre les procédures. En outre, contrairement à ce qu'allèguent à plusieurs reprises les recourants, l'aménagement routier litigieux n'est pas dicté par la construction du nouveau Centre Migros Conthey; la nécessité de réaliser une desserte routière de la zone commerciale sise au sud de la RC T9 ressort en effet du SDD de 2004 et est antérieur au plan de quartier "Migros - Conthey", homologué le 18 mars 2008. Mal fondé, le grief doit être rejeté.
7. Les recourants voient une violation des <ref-law> et 12 ORN du fait qu'aucune étude d'impact sur l'environnement (EIE) n'a été mise en oeuvre et qu'il n'y a par conséquent pas eu d'étude des variantes à ce stade.
L'EIE est actuellement régie par les art. 10a à 10d LPE. En vertu de l'<ref-law>, doivent faire l'objet d'une étude de l'impact sur l'environnement les installations susceptibles d'affecter sensiblement l'environnement, au point que le respect des dispositions en matière d'environnement ne pourra probablement être garanti que par des mesures spécifiques au projet ou au site (al. 2). Le Conseil fédéral désigne les types d'installations qui doivent faire l'objet d'une étude d'impact (al. 3). Les chiffres 11.1, 11.2 et 11.3 de l'annexe à l'ordonnance du 19 octobre 1988 relative à l'étude de l'impact sur l'environnement (OEIE; RS 814.011), en relation avec les art. 1 et 2 al. 1 OEIE soumettent à l'EIE les routes nationales, les routes principales qui ont été construites avec l'aide de la Confédération, les autres routes à grand débit et autres routes principales. L'<ref-law> souligne que lorsque la construction ou la modification d'une installation n'est pas soumise à l'EIE, on applique les prescriptions sur la protection de l'environnement; dans ces cas, l'établissement d'un rapport d'impact au sens de l'art. 7 n'est pas nécessaire.
La route des Rottes, dont la réfection est projetée, entre dans la définition d'installation au sens de l'<ref-law>. Le tronçon faisant l'objet de la réfection est une route de desserte communale, qui ne tombe toutefois pas sous le coup des chiffres 11.1, 11.2 et 11.3 de l'annexe à l'OEIE. Par conséquent, le projet litigieux n'est pas soumis à l'EIE et l'examen de variantes au stade d'un rapport ou d'une étude d'impact ne peut pas être exigé dans le cas d'espèce. La démarche du Tribunal cantonal, consistant à analyser, dans le cadre de l'examen du principe de la proportionnalité, les mérites de la variante "Implenia" - élaborée sur demande de Migros Valais, en dehors de la présente procédure, et préférée par les recourants - n'est dès lors pas contraire au droit fédéral. Au terme de leur analyse, les juges cantonaux sont arrivés à la conclusion que la variante "Implenia" n'était manifestement pas préférable à celle approuvée par le Conseil d'Etat, sous l'angle du bruit, de la sécurité du trafic et des personnes. Les recourants ne font pas valoir ni ne tentent d'établir que l'examen auquel a procédé le Tribunal cantonal serait contraire à la législation fédéral topique ou au principe de la proportionnalité, ce qui n'apparaît d'ailleurs pas être le cas. L'arrêt du Tribunal cantonal doit donc être confirmé sur ce point.
8. Au ch. 4 du dispositif de sa décision du 12 août 2009, le Conseil d'Etat a décrété que les surfaces d'assolement (SDA) nécessaires à la réalisation du projet (environ 1'370 m2) seront compensées par des surfaces agricoles d'importance et de qualité équivalentes situées à un autre endroit sur la commune de Vétroz et ne figurant pas déjà à l'inventaire des SDA.
8.1 Les recourants estiment qu'il n'est pas possible, au sens de l'art. 44 al. 2 de l'ordonnance cantonale du 2 octobre 1996 sur les constructions (ci-après: OC), de mentionner comme condition la compensation des SDA sans exiger préalablement la preuve que la commune dispose de surfaces suffisantes.
Selon l'art. 44 al. 2 OC, l'autorité peut assortir l'autorisation de construire de charges et de conditions. Le Tribunal fédéral ne revoit l'interprétation et l'application du droit cantonal et communal que sous l'angle de l'arbitraire (cf. <ref-ruling> consid. 2.3 p. 466). Or, les recourants ne font pas valoir, et il ne saute pas aux yeux, que la décision précitée du Conseil d'Etat consacre une application arbitraire de l'art. 44 OC. Au contraire, dans la mesure où elle est applicable en l'espèce, cette disposition autorise précisément l'imposition de charges ou de conditions. Le grief trié de la violation du droit cantonal doit par conséquent être écarté.
8.2 Les recourants sont d'avis que le ch. 4 de la décision précitée ne respecte pas les conditions légales obligeant la compensation des SDA, en particulier l'art. 30 de l'ordonnance du 28 juin 2000 sur l'aménagement du territoire (OAT; RS 700.1). Le fait d'assortir l'autorisation d'une charge ne serait pas suffisant puisque, si de nouvelles SDA ne sont pas trouvées, la construction de la route aura tout de même lieu.
En vertu de l'<ref-law>, les SDA font partie du territoire qui se prête à l'agriculture et sont garanties par des mesures d'aménagement du territoire. La Confédération a ainsi fixé dans le plan sectoriel des SDA la surface totale minimale d'assolement et sa répartition entre les cantons (<ref-law>), lesquels doivent s'assurer que la part qui leur a été attribuée soit garantie de façon durable (<ref-law>). Au cours de l'élaboration de leur plan directeur, les cantons doivent notamment fixer les surfaces d'assolement par commune (art. 28 al. 1 et 2 OAT).
Dans son arrêt, le Tribunal cantonal a relevé que la problématique des surfaces d'assolement avait été étudiée par le Service cantonal du développement territorial. Dans ses rapports des 23 septembre 2008 et 13 janvier 2009, ce service avait en substance retenu que le projet répondait à une nécessité et l'avait préavisé favorablement; constatant que son emprise portait sur des SDA, il en avait prescrit l'entière compensation, exigence que le Conseil d'Etat avait reprise sous forme de charge. Par ailleurs, dans sa détermination du 12 octobre 2009, le Service cantonal du développement territorial expliquait avoir examiné avec la commune de Vétroz les possibilités de compensation que cette collectivité publique pouvait offrir et indiquait que ces dernières existaient, moyennant une adaptation du plan d'affectation des zones. C'est à bon droit que les juges cantonaux ont considéré qu'en l'absence de tout élément permettant de douter du bien-fondé de l'analyse à laquelle s'était livré ce service, ils n'avaient pas à substituer leur appréciation à celle de cette autorité spécialisée et du Conseil d'Etat (cf. <ref-ruling> consid. 1e/bb p. 384). Par ailleurs, comme le soulignent les recourants eux-mêmes, si de nouvelles surfaces de compensation ne sont pas trouvées une fois la route construite, il appartiendra au Conseil d'Etat d'actionner la commune en réalisation de la charge. Le Tribunal cantonal a ainsi appliqué correctement le droit fédéral en retenant que le traitement de la problématique des SDA s'avérait conforme à la réglementation légale y relative, notamment à l'<ref-law>.
9. Il résulte de ce qui précède que le recours doit être rejeté, aux frais des recourants qui succombent (<ref-law>, art. 66 al. 1 et 5 LTF). Les communes de Vétroz et de Conthey, ainsi que le Conseil d'Etat, qui obtiennent gain de cause dans l'exercice de leurs attributions officielles, n'ont pas droit à des dépens (<ref-law>).

Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté.
2. Les frais judiciaires, arrêtés à 3'000 fr., sont mis à la charge des recourants, solidairement entre eux.
3. Le présent arrêt est communiqué aux mandataires des recourants et des communes de Conthey et de Vétroz, 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 24 mars 2011
Au nom de la Ire Cour de droit public
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: La Greffière:
Fonjallaz Mabillard