A.- A._ travaillait en qualité de charpentier dans l'entreprise de son père, à B._, lorsqu'il tomba d'un toit, le 23 octobre 1992. Il subit notamment un traumatisme cranio-cérébral, une fracture-luxation ouverte du coude gauche, une luxation du coude droit avec fracture de la tête radiale et une fracture ouverte de la rotule droite. Par la suite, A._ se brisa encore deux fois le bras gauche, à la suite de chutes survenues les 25 juin 1995 et 6 septembre 1996. La Caisse nationale suisse d'assurance en cas d'accident (ci-après : CNA) accepta de prendre en charge les suites de ces trois accidents.
Le 31 janvier 1994, A._, alors incapable de reprendre son ancien travail en raison des lésions subies, débuta une formation d'ingénieur ETS à l'Ecole suisse d'ingénieurs et de technicien du bois, à C._ (ci-après : l'école d'ingénieur), dont il obtint le financement par l'assurance-invalidité, à titre de mesure de reclassement professionnel. Cette formation, devait comporter 3 semestres de cours, entrecoupés de périodes de stages. Elle déboucha après deux semestres sur l'obtention par l'assuré d'un diplôme fédéral de contremaître charpentier, en automne 1997.
Depuis l'obtention de son brevet de contremaître charpentier, l'assuré n'est pas retourné à l'école d'ingénieur, mais travaille dans l'entreprise familiale. Cette dernière avait entre-temps été transformée en une société anonyme, X._ & Fils SA, dont A._ détient 98 % du capital social et dont il assume la direction depuis le mois de mai 1995. Il est limité dans les activités nécessitant l'extension, la prosupination étendue et fréquente, ainsi que le port de charges supérieures à 10 kg avec le bras gauche, ce qui réduit fortement sa capacité de travail comme charpentier; de même est-il très gêné par un manque d'équilibre et de sûreté, lorsqu'il doit monter sur des toits ou des échafaudages afin de surveiller un chantier. En revanche, il dispose d'une capacité de travail de l'ordre de 75 % pour les activités de bureau et de direction de son entreprise (expertise du 13 août 1997 du docteur D._; rapport du 27 mars 1998 du docteur E._). X._ & Fils SA n'est toutefois pas suffisamment importante pour l'occuper pleinement dans des activités à caractère technique et dans des fonctions dirigeantes, de sorte qu'il est contraint d'effectuer des tâches plus lourdes dans lesquelles son rendement est fortement diminué (rapport d'enquête économique du 24 décembre 1997 et rapport du 22 avril 1998 du Service de réadaptation de l'assurance-invalidité).
Par décision du 10 novembre 1998, l'Office de l'assurance-invalidité du canton du Valais (ci-après : l'office AI) a réduit à une demi-rente les prestations allouées jusqu'alors à l'assuré, considérant que celui-ci présentait un degré d'invalidité de 60 %. Pour sa part, la CNA a alloué à A._ une rente fondée sur un taux d'invalidité de 35 %, ainsi qu'une indemnité pour atteinte à l'intégrité d'un montant de 26 730 fr., par décision du 30 mars 1999, confirmée sur opposition le 28 juillet 1999.
B.- Par jugement du 16 janvier 2001, le Tribunal cantonal des assurances du canton du Valais a rejeté le recours déposé par l'assuré contre la décision du 28 juillet 1998 de la CNA.
C.- A._ interjette un recours de droit administratif contre ce jugement, dont il demande l'annulation. Il conclut, sous suite de frais et dépens, à ce que la CNA soit condamnée à lui allouer une rente correspondant à un taux d'invalidité de 60 % et une indemnité pour atteinte à l'intégrité fondée sur un taux de 35 %. A titre subsidiaire, il demande, sous suite de frais et dépens, que la CNA soit condamnée à lui allouer une rente fondée sur un taux d'invalidité de 60 % jusqu'au 30 juin 2001, puis de 50 % dès le 1er juillet 2001, ainsi qu'une indemnité pour atteinte à l'intégrité correspondant à un taux de 35 %. Au terme de son mémoire de réponse, la CNA conclut au rejet du recours, alors que l'Office fédéral des assurances sociales ne s'est pas déterminé.
D.- Après la clôture de l'échange d'écritures, le recourant a déposé une nouvelle détermination et produit de nouvelles pièces, en concluant, sous suite de frais et dépens, à l'octroi d'une rente fondée sur un taux d'invalidité de 60 % jusqu'au 31 décembre 1998, puis de 50 % dès le 1er janvier 1999, ainsi que d'une indemnité pour atteinte à l'intégrité fondée sur un taux de 35 %.

Considérant en droit :
1.- a) Le litige porte sur le droit du recourant à une rente d'invalidité et à une indemnité pour atteinte à l'intégrité, si bien que le pouvoir d'examen du Tribunal fédéral des assurances n'est pas limité à la violation du droit fédéral - y compris l'excès et l'abus du pouvoir d'appréciation - mais s'étend également à l'opportunité de la décision attaquée. Le tribunal n'est pas lié par l'état de fait constaté par la juridiction inférieure, et il peut s'écarter des conclusions des parties à l'avantage ou au détriment de celles-ci (art. 132 OJ).
b) Aux termes de l'art. 108 al. 2 OJ (en corrélation avec l'art. 132 OJ), le mémoire de recours indique les conclusions, motifs et moyens de preuve, et porte la signature du recourant ou de son mandataire; celui-ci y joint l'expédition de la décision attaquée et les pièces invoquées comme moyens de preuve, lorsqu'elles se trouvent en ses mains. Dès lors, la production de nouvelles écritures ou de nouveaux moyens de preuves après l'échéance du délai de recours (art. 106 al. 1 et art. 132 OJ) n'est pas admissible, sauf dans le cadre d'un nouvel échange d'écritures ordonné par le tribunal (art. 110 al. 4 OJ; arrêt L. du 15 octobre 2001 [U 147/99] destiné à la publication aux ATF 127 V). Demeurent également réservés les cas dans lesquels des pièces produites après l'échéance du délai de recours ou la clôture du deuxième échange d'écritures constituent des faits nouveaux importants ou des preuves concluantes au sens de l'art. 137 let. b OJ et pourraient, le cas échéant, justifier la révision de l'arrêt du tribunal (arrêt cité, consid. 4b). Tel n'est toutefois pas le cas des pièces produites par le recourant après l'échéance du délai de recours. Il n'y a donc pas lieu de les prendre en considération.
2.- a) D'après l'<ref-law>, a droit à une rente d'invalidité l'assuré qui devient invalide à la suite d'un accident. Est réputé invalide celui dont la capacité de gain subit vraisemblablement une atteinte permanente ou de longue durée. Pour l'évaluation de l'invalidité, le revenu du travail que l'assuré devenu invalide à la suite d'un accident pourrait obtenir en exerçant l'activité que l'on peut raisonnablement attendre de lui, après exécution éventuelle de mesures de réadaptation et compte tenu d'une situation équilibrée du marché du travail (revenu d'invalide), est comparé au revenu qu'il aurait pu obtenir s'il n'était pas devenu invalide (revenu sans invalidité; <ref-law>).
b) Le revenu d'invalide doit être évalué avant tout en fonction de la situation professionnelle concrète de l'intéressé. Lorsque l'assuré a repris l'exercice d'une activité lucrative après la survenance de l'atteinte à la santé, il convient d'abord d'examiner si cette activité repose sur des rapports de travail particulièrement stables, met pleinement en valeur sa capacité de travail résiduelle et lui procure un gain correspondant au travail effectivement fourni sans contenir d'élément de salaire social. Dans une telle hypothèse, c'est le revenu effectivement réalisé qui doit être pris en compte pour fixer le revenu d'invalide (<ref-ruling> consid. 3b/aa, 117 V 18 et les références).
Si l'évaluation de l'invalidité ne peut pas être effectuée sur la base de revenus déterminés ou évalués de manière sure, il faut, en s'inspirant de la méthode spécifique pour non-actifs (<ref-law>), procéder à une comparaison des activités et évaluer le degré d'invalidité d'après l'incidence de la capacité de rendement amoindrie sur la situation économique concrète de l'assuré (procédure extraordinaire d'évaluation de l'invalidité). La différence fondamentale entre la procédure extraordinaire d'évaluation et la méthode spécifique (selon l'<ref-law> en corrélation avec les art. 26bis et 27 al. 1 RAI) réside dans le fait que l'invalidité n'est pas évaluée directement sur la base d'une comparaison des activités; on commence par déterminer, au moyen de cette comparaison, quel est l'empêchement provoqué par la maladie ou l'infirmité, après quoi l'on apprécie séparément les effets de cet empêchement sur la capacité de gain. Une certaine diminution de la capacité de rendement fonctionnelle peut certes, dans le cas d'une personne active, entraîner une perte de gain de la même importance, mais n'a pas nécessairement cette conséquence. Si l'on voulait, dans le cas des personnes actives, se fonder exclusivement sur le résultat de la comparaison des activités, on violerait le principe légal selon lequel l'invalidité, pour cette catégorie d'assurés, doit être déterminée d'après l'incapacité de gain (<ref-ruling> consid. 2; VSI 1998 p. 122 consid. 1a et p. 257 consid. 2b).
c) Lorsque l'activité exercée après la survenance de l'atteinte à la santé ne met pas pleinement en valeur la capacité de travail résiduelle de l'assuré, ce dernier peut être tenu de quitter son poste de travail, voire d'abandonner son entreprise au profit d'une activité plus lucrative (cf. RCC 1983 p. 246), ou encore d'accepter un emploi le contraignant à changer de domicile, en vertu de son obligation de réduire le dommage résultant de l'invalidité (<ref-ruling> ss consid. 4). Encore faut-il alors que cela soit raisonnablement exigible au vu de l'ensemble des circonstances, considérées de manière objective (<ref-ruling> consid. 4a, 109 V 28). L'effort à consentir par l'assuré est d'autant plus important que la diminution du dommage escomptée est substantielle, conformément au principe de proportionnalité, applicable de manière générale en matière de prestations d'assurances sociales (<ref-ruling> consid. 2b/cc, 119 V 254 et les références; voir également <ref-ruling> sv. ainsi que Peter Omlin, Die Invalidität in der Obligatorischen Unfallversicherung, Fribourg 1995, p. 185 sv., p. 203 sv.).
3.- L'office AI a alloué une demi-rente d'invalidité à A._, sur la base d'un taux d'invalidité de 60 % après la reprise d'une activité professionnelle au sein de l'entreprise X._ & Fils SA. Pour sa part, l'intimée considère que le recourant pourrait mieux mettre en valeur sa capacité de travail résiduelle en abandonnant son activité indépendante à la tête de l'entreprise familiale pour un travail salarié dans l'industrie ou le secteur des services; il pourrait selon elle y réaliser un revenu de 3500 fr. et réduire ainsi son taux d'invalidité de 60 à 35 %.
a) Dans un premier moyen, le recourant soutient que l'intimée ne peut s'écarter du taux d'invalidité retenu dans la décision du 10 novembre 1998 de l'office AI. Toutefois, ce dernier n'a pas évalué l'invalidité du recourant d'après une comparaison de ses revenus avec et sans atteinte à la santé, mais uniquement en fonction de sa capacité de travail résiduelle au sein de X._ & Fils SA. Or, le revenu auquel pouvait prétendre le recourant pour son activité à la tête de cette entreprise n'était pas forcément directement proportionnel à sa capacité de travail, indépendamment du point de savoir si l'on pouvait raisonnablement exiger de lui qu'il accepte un emploi dans l'industrie ou le secteur des services. En confondant incapacité de travail et incapacité de gain, l'office AI a commis une erreur de droit, de sorte que sa décision du 10 novembre 1998 ne lie pas l'intimée (cf. <ref-ruling> consid. 2b, 119 V 470 sv. consid. 2b).
b) Le recourant invoque ensuite le principe de la bonne foi, qui interdirait d'après lui à la CNA de le contraindre à abandonner son métier après l'avoir incité à acquérir une formation complémentaire de contremaître charpentier et laissé reprendre la direction de X._ & Fils SA.
Il est vrai qu'un renseignement ou une décision erronés peuvent obliger l'administration à consentir à l'administré un avantage contraire à la loi, si certaines conditions - cumulatives - sont réunies (sur ces conditions : <ref-ruling> consid. 2a et les références), conformément aux principes déduit par la jurisprudence de l'art. 4 al. 1 aCst, puis de l'art. 9 Cst (<ref-ruling> consid. 3a). Toutefois, le recourant perd de vue que la formation d'ingénieur ETS financée par l'assurance-invalidité était, certes, destinée à le maintenir actif dans les métiers du bois, mais pas forcément à la tête de X._ & Fils SA, à B._. Par ailleurs, rien n'indique que l'intimée ou l'office AI aient été informés, en 1995, de ses intentions de reprendre l'entreprise de son père sous la forme d'une société anonyme et de procéder aux investissements allégués. En l'absence d'autres circonstances particulières, le recourant ne pouvait déduire aucun droit au maintien de cette situation du simple fait que ni l'intimée, ni l'office AI, ne s'y étaient opposé avant la stabilisation de son état de santé et pendant la procédure d'instruction de la cause.
c) Il convient encore d'examiner si un changement de profession peut raisonnablement être exigé du recourant, vu son obligation de réduire le dommage résultant de l'invalidité (consid. 2c supra). A cet égard, il est vrai que la petite taille de l'entreprise exploitée par le recourant ne lui permet pas de se consacrer à plein temps à des tâches de direction - qui sont les mieux adaptées à son état de santé - et qu'il ne peut donc pas mettre pleinement en valeur sa capacité de travail résiduelle dans cette entreprise. L'intimée n'en devait pas moins, dans un premier temps, évaluer le taux d'invalidité du recourant d'après les revenus qu'il pouvait obtenir en demeurant à la tête de X._ & Fils SA. Dans ce cadre, elle devait prendre en considération le revenu effectif réalisé par le recourant; si ce revenu ne rendait pas compte de manière fiable de sa capacité de gain réelle dans sa profession, l'intimée pouvait recourir à la procédure extraordinaire d'évaluation de l'invalidité (consid. 2b supra). A défaut d'avoir utilisé l'une ou l'autre de ces méthodes, elle ignorait quelle était l'incapacité de gain du recourant s'il demeurait à la tête de son entreprise. Partant, elle ne pouvait pas se prononcer sur le caractère raisonnablement exigible d'un nouveau reclassement professionnel, à défaut de connaître la diminution du taux d'invalidité que l'on pouvait en attendre. La cause lui sera donc retournée pour instruction complémentaire sur le revenu que le recourant peut obtenir dans sa profession actuelle. L'intimée examinera ensuite si un nouveau reclassement professionnel est exigible au vu de l'ensemble des circonstances, notamment de la réduction du dommage escomptée, puis statuera une nouvelle fois sur le droit du recourant à une rente d'invalidité.
4.- a) Le recourant conteste également le taux d'atteinte à l'intégrité retenu par l'intimée, reprochant à cette dernière de n'avoir pas tenu compte des conséquences concrètes de ses atteintes à la santé sur sa vie quotidienne. Il résulte toutefois de l'<ref-law> que l'indemnité pour atteinte à l'intégrité est fixée en fonction de la gravité de l'atteinte, qui s'apprécie d'après les constatations médicales. C'est dire que chez tous les assurés présentant le même status médical, l'atteinte à l'intégrité est la même; elle est évaluée de manière abstraite, égale pour tous, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de tenir compte des inconvénients spécifiques qu'elle entraîne pour l'assuré concerné (<ref-ruling> consid. 1, 113 V 221 consid. 4b et les références). Dès lors, l'intimée pouvait à bon droit déterminer le taux d'atteinte à l'intégrité du recourant sans prendre en considération les répercussions concrètes des lésions subies au regard de ses activités.
b) A._ fait ensuite valoir que le taux d'atteinte à l'intégrité retenu par l'intimée ne prend pas suffisamment en considération la gravité des atteintes subies, ni le fait qu'elles s'aggraveront avec les années, selon toute probabilité.
aa) L'annexe 3 à l'OLAA comporte un barème des atteintes à l'intégrité en pour cent du montant maximum du gain assuré. Ce barème - reconnu conforme à la loi - ne constitue pas une énumération exhaustive (<ref-ruling> consid. 1b et les références). Il représente une "règle générale" (ch. 1 al. 1 de l'annexe). Pour les atteintes qui sont spéciales ou qui ne figurent pas dans la liste, il y a lieu d'appliquer le barème par analogie, en tenant compte de la gravité de l'atteinte (ch. 1 al. 2 de l'annexe). A cette fin, la division médicale de la CNA a établi des tables complémentaires comportant des valeurs indicative destinées à assurer autant que faire se peut l'égalité de traitement entre les assurés. Ces tables émanant de l'administration ne constituent pas une source de droit et ne lient pas le juge, mais sont néanmoins compatibles avec l'annexe 3 à l'OLAA (<ref-ruling> consid. 2b).
bb) D'après le rapport du 27 mars 1998 du docteur E._, le recourant souffre d'une importante arthrose du coude gauche limitant sa mobilité et diminuant la force du bras gauche, ainsi que d'une arthrose fémoro-patellaire droite débutante. Ces affections ne figurent pas dans l'annexe 3 à l'OLAA, mais sont mentionnées dans la table 5.2 établie par la CNA (atteinte à l'intégrité résultant d'arthroses), à laquelle le Tribunal fédéral des assurances s'est déjà référé à plusieurs reprises (cf. notamment RAMA 2000 no U 362 p. 43 sv. consid. 2b, 1987 no U 21 p. 328). Cette table prévoit un taux d'atteinte à l'intégrité de 10 à 25 % pour une arthrose grave du coude, et un taux de 5 à 10 % pour une arthrose moyenne fémoro-patellaire. Dès lors, en proposant de retenir un taux de 20 % pour les lésions subies au coude gauche et de 7,5 % pour l'arthrose fémoropatellaire, le docteur E._ a pris en considération aussi bien l'importance des atteintes dont souffrait le recourant, que leur aggravation prévisible. Il n'y a pas de motif de s'écarter du rapport établi par ce médecin, dont les constatations sont corroborées par l'expertise du 13 août 1997 du docteur D._ (qui n'a toutefois pas fait de proposition relative au taux d'atteinte à l'intégrité). Le recours est donc mal fondé, en tant qu'il porte sur le montant de l'atteinte à l'intégrité allouée par l'intimée.

Par ces motifs, le Tribunal fédéral des assurances
prononce :
I. Le recours est partiellement admis et le jugement du
16 janvier 2001 du Tribunal des assurances du canton
du Valais ainsi que la décision du 28 juillet 1999 de
la Caisse nationale suisse d'assurance en cas d'accidents
sont annulés dans la mesure où ils portent sur
le droit du recourant à une rente d'invalidité. Le
recours est rejeté pour le surplus.
II. La cause est renvoyée à l'intimée pour instruction
complémentaire au sens des considérants et nouvelle
décision.
III. Il n'est pas perçu de frais de justice.
IV. L'intimée versera au recourant la somme de 2500 fr. (y
compris la taxe à la valeur ajoutée) à titre de dépens
pour l'instance fédérale.
V. Le Tribunal cantonal des assurances statuera sur les
dépens pour la procédure de première instance, au
regard de l'issue du procès de dernière instance.
VI. Le présent arrêt sera communiqué aux parties, au
Tribunal des assurances du canton du Valais et à
l'Office fédéral des assurances sociales.
Lucerne, le 10 décembre 2001
Au nom du
Tribunal fédéral des assurances
Le Président de la IIe Chambre :
Le Greffier :