Faits:
A. M._, né le 20 janvier 1948, est employé depuis le 6 janvier 2003 en qualité de peintre au service de l'entreprise X._. A ce titre, il est assuré obligatoirement contre le risque d'accident auprès de la Caisse nationale suisse d'assurance en cas d'accidents (CNA).
Le 25 juillet 2006, victime d'un accident de la circulation, l'assuré a subi une fracture ouverte stade III selon Gustillo ainsi qu'une transverse du tibia-péroné de la jambe gauche. Il a subi trois interventions chirurgicales.
Dans un rapport du 4 juin 2007, le docteur G._, médecin-traitant, a préconisé la reprise progressive du travail, avec certaines limitations (port de charges maximal de quelques kilos, exclusion de la marche sur des échelles ainsi que sur des échafaudages). Le 31 janvier 2008, le docteur G._ a précisé que la capacité de travail actuelle était de 50 % et qu'il s'agissait vraisemblablement du maximum exigible chez ce patient.
M._ a reçu une lettre de congé de son employeur avec effet au 31 janvier 2008. Il n'a finalement pas été licencié et a poursuivi son activité de peintre à 50 % auprès de l'entreprise X._.
Dans un rapport du 27 mars 2008, le docteur S._, spécialiste en chirurgie et médecin d'arrondissement de la CNA, a constaté que l'état de l'assuré était stabilisé et que la capacité de travail actuelle était de 50 % du temps avec un rendement à 100 % comme peintre en bâtiment. Il a exprimé l'avis que l'exigibilité était complète dans une activité adaptée. Dans un rapport séparé du même jour, le docteur S._ a fixé le taux de l'atteinte à l'intégrité à 10 %.
Par décision du 14 janvier 2009, confirmée sur opposition le 30 mars 2009, la CNA a octroyé à M._, dès le 1er décembre 2008, une rente d'invalidité d'un taux de 19 % ainsi qu'une indemnité pour atteinte à l'intégrité de 10 % (10'680 fr.).
B. Le 13 mai 2009, M._ a interjeté recours contre la décision sur opposition de la CNA devant le Tribunal cantonal valaisan, Cour des assurances sociales, en concluant à l'octroi d'une rente d'invalidité de 50 % et d'une indemnité pour atteinte à l'intégrité de 20 %. Le 8 septembre 2009, la CNA a acquiescé partiellement au recours en proposant d'augmenter le taux d'invalidité à 29 %, compte tenu d'un revenu sans invalidité plus élevé que celui retenu précédemment.
Statuant le 16 mars 2010, la juridiction cantonale a admis partiellement le recours, annulé la décision sur opposition du 30 mars 2009 ainsi que la décision de la CNA du 14 janvier 2009 en tant qu'elles portaient sur le taux d'incapacité de gain retenu. Elle a condamné la CNA à verser à l'assuré une rente d'invalidité de 52 %, dès le 1er décembre 2008, ainsi que 1'500 fr. à titre de dépens.
C. La CNA interjette un recours en matière de droit public contre le jugement du 16 mars 2010 dont elle demande l'annulation en concluant à ce que la rente de l'assuré soit calculée sur la base d'un taux d'invalidité de 29 %.
M._ conclut au rejet du recours, sous suite de frais et dépens. Quant à l'Office fédéral de la santé publique, il a renoncé à se déterminer.

Considérant en droit:
1. Le litige porte sur l'évaluation du degré d'invalidité de l'intimé, plus précisément sur la détermination du revenu d'invalide, qui est seul contesté par la recourante.
2. Se fondant sur l'avis du docteur S._ du 27 mars 2008, la CNA a estimé que l'assuré était capable d'exercer à 100 % des activités excluant la surcharge du membre inférieur gauche, l'agenouillement, l'accroupissement fréquent ainsi que la montée et la descente des échelles. Se référant à cinq descriptions de postes de travail (DPT) considérés comme compatibles avec les séquelles de l'accident, la CNA a fixé le revenu d'invalide à 55'200 fr. par an (soit 4'600 fr. par mois).
3. Le revenu d'invalide doit être évalué avant tout en fonction de la situation professionnelle concrète de la personne assurée. Lorsque l'activité exercée après la survenance de l'atteinte à la santé repose sur des rapports de travail particulièrement stables, qu'elle met pleinement en valeur la capacité de travail résiduelle exigible et que le gain obtenu correspond au travail effectivement fourni et ne contient pas d'éléments de salaire social, c'est le revenu effectivement réalisé qui doit être pris en compte pour fixer le revenu d'invalide. En l'absence d'un revenu effectivement réalisé - soit lorsque la personne assurée, après la survenance de l'atteinte à la santé, n'a pas repris d'activité lucrative ou alors aucune activité normalement exigible -, le revenu d'invalide peut être évalué sur la base de salaires fondés sur les données statistiques résultant de l'Enquête suisse sur la structure des salaires (ESS) ou sur les données salariales résultant des descriptions de postes de travail établies par la CNA (<ref-ruling> consid. 5.2. p. 301; <ref-ruling> consid. 4.2.1 p. 475).
4. 4.1 Les premiers juges ont considéré que les conditions auxquelles la jurisprudence subordonne l'évaluation du revenu d'invalide en fonction de la situation professionnelle concrète de l'intimé étaient remplies. Ils ont estimé qu'en travaillant à 50 % avec un rendement de 100 % comme peintre auprès de l'entreprise X._, l'intéressé mettait en valeur la capacité de travail exigible dans sa profession selon son médecin traitant, puisqu'il travaillait toutes les matinées, soit 4,5 heures. Se référant aux informations communiquées par l'employeur à la recourante les 1er et 8 juillet 2009, ils ont ainsi fixé le revenu d'invalide à 37'498 fr. 50 [soit 32 fr. 05 l'heure (13ème salaire de 8.33 % compris) x 4,5 heures par jour x 5 jours par semaine x 52 semaines]. La comparaison avec le revenu sans invalidité - non contesté - de 77'657 fr. conduisait à un taux d'invalidité de 51,7 %, arrondi à 52 %.
4.2 La recourante conteste ce raisonnement. Elle fait valoir que la deuxième condition nécessaire pour retenir le gain effectivement réalisé - soit la pleine mise en valeur de la capacité de travail résiduelle exigible - fait défaut. Ainsi, si l'intimé dispose d'une capacité de travail limitée à 50 % dans son activité de peintre en raison des séquelles accidentelles, cette capacité est entière dans une activité adaptée, c'est-à-dire qui n'impose pas de surcharger le membre inférieur gauche, de s'agenouiller ou de s'accroupir fréquemment, de monter et de descendre des échelles.
5. Il y a lieu de donner raison à la recourante. En travaillant tous les matins chez son ancien employeur, l'intimé ne met pas pleinement en valeur sa capacité de travail de 100 % dans une activité adaptée. Dans ces conditions, la CNA était fondée à déterminer le revenu d'invalide en fonction des données salariales résultant des descriptions de postes de travail (DPT). C'est en vain que l'intimé soutient que la prise en considération des postes décrits par la CNA est subsidiaire au revenu effectivement réalisé. Par ailleurs, l'intimé n'a contesté à aucun stade de la procédure que les emplois visés par les DPT respectent ses limitations et qu'ils lui permettraient de réaliser un revenu annuel moyen de 55'200 fr.
Comparé au revenu sans invalidité non contesté de 77'657 fr., il en résulte une invalidité de 28,91 % [77'657-55'200] x 100 : 77'657. Conformément à la jurisprudence, (<ref-ruling> consid. 3.2 p. 123), ce taux doit être arrondi à 29 %.
6. Vu ce qui précède, le recours se révèle bien fondé.
7. L'intimé, qui succombe, supportera les frais judiciaires (<ref-law>). Pour le même motif, il n'a pas droit aux dépens qu'il prétend (<ref-law>). Compte tenu de l'issue du litige, la juridiction cantonale statuera à nouveau sur les dépens de la procédure cantonale.

Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est admis et le jugement du 16 mars 2010 de la Cour des assurances sociales du Tribunal cantonal valaisan est réformé en ce sens que le taux d'invalidité est fixé à 29 %.
2. Le chiffre 3 du dispositif (dépens) est annulé.
3. Les frais judiciaires, arrêtés à 750 fr., sont mis à la charge de l'intimé.
4. La Tribunal cantonal valaisan, Cour des assurances sociales, est invité à statuer sur les dépens de la procédure cantonale compte tenu de l'issue du litige.
5. Le présent arrêt est communiqué aux parties, au Tribunal cantonal valaisan, Cour des assurances sociales, et à l'Office fédéral de la santé publique.
Lucerne, le 18 novembre 2010
Au nom de la Ire Cour de droit social
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: La Greffière:
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