A.- a) C._, travaillait en qualité de machiniste au service de l'entreprise X._. A ce titre, il était assuré contre le risque d'accident par la Caisse nationale suisse d'assurance en cas d'accidents (ci-après : CNA).
Le 6 juillet 1989, il fut victime d'un accident de chantier au cours duquel il se fit prendre le pied sous le cadre d'un malaxeur tandis qu'il chargeait du matériel sur un camion. Transporté au Centre médico-chirurgical Y._, il fut examiné par le docteur A._ qui diagnostiqua une fracture ouverte double du gros orteil gauche, avec nécrose tissulaire. Un traitement chirurgical fut entrepris, comportant une exploration, un débridement et une suture. La CNA prit en charge le cas.
Dans un rapport du 16 octobre 1989, le docteur B._, médecin d'arrondissement de la CNA, conclut à une reprise du travail progressive de C._ sur les chantiers dès fin octobre ou début novembre, d'abord à temps partiel puis progressivement à temps complet. De son côté, le docteur A._ prévoyait une reprise du travail à 100 % à partir du 13 novembre 1989 (rapport médical intermédiaire du 8 novembre 1989).
b) Ayant repris le travail, C._ subit un nouvel accident le 21 mai 1990 : alors qu'il était en train de couper un fer (DIN de l'ordre de 400 kg), il reçut la pièce métallique sur le pied gauche. Il fut hospitalisé à la Clinique Z._, où le docteur D._, spécialiste FMH en chirurgie orthopédique, posa le diagnostic de contusion de l'avant-pied gauche avec plaie, perte de substance (au niveau dorsal de l'hallux gauche) et fracture du gros orteil gauche. Il attesta une incapacité de travail entière depuis le jour de l'accident "jusqu'à cicatrisation de la plaie" (rapport du 15 juin 1990).
Sur la proposition du docteur D._ (voir son rapport du 8 août 1990), l'assuré séjourna, du 8 octobre au 14 décembre 1990, à la Clinique de médecine rééducative W._. Dans leur rapport de sortie du 12 décembre 1990, les médecins de cet établissement diagnostiquèrent des lésions étendues des parties molles du pied gauche s'accompagnant de nécrose, d'une part, et, d'autre part, un défect sensitivo-moteur. Ils firent également état d'une incontinence urinaire nocturne apparue après le premier accident du 6 juillet 1989, symptomatologie dont l'origine devait, à leur sens, être recherchée dans l'insécurité habituelle accompagnée de psychasthénie à tendance dépressive présentée par l'assuré. Ils concluaient à une incapacité de travail prolongée jusqu'au 21 janvier 1991, et comptaient sur une amélioration spontanée de la situation avec une capacité de travail de 50 % à partir du 1er février 1991.
En dépit des traitements dont il bénéficia, l'assuré ne parvint toutefois pas à reprendre son travail. Il fut examiné par le médecin d'arrondissement de la CNA qui, à l'issue de deux consultations, résuma la situation de la façon suivante :
"L'état actuel du pied gauche, chez ce foreur de 41 ans, équipé de souliers orthopédiques bien adaptés, est compatible avec la reprise de ses activités antérieures avec une capacité de 66 2/3 %. Toute limitation de son activité professionnelle antérieure, qui dépasserait ce pourcentage est à rapporter à des facteurs indépendants de l'accident: plaintes subjectives au niveau de la colonne lombaire et cervicale, état dépressif, sensation subjective d'invalidité dépassant les constatations médicales objectives et contexte socioculturel. En ce qui concerne uniquement les suites de l'accident et le pied gauche, dans une activité mixte, ne nécessitant pas une station debout et des marches prolongées, permettant d'alterner la position assise et la position debout, la capacité de travail exigible est de 100 %" (rapport du docteur Caron du 18 avril 1991).
A l'occasion d'une appréciation médicale ultérieure, ce médecin nia tout droit de l'assuré à une indemnité pour atteinte à l'intégrité (rapport du 30 octobre 1991).
c) Par décision du 27 août 1992, la CNA mit C._ au bénéfice d'une rente d'invalidité fondée sur une perte de gain de 33 1/3 % dès le 1er août 1992, en niant l'existence d'un lien de causalité adéquate entre les troubles d'ordre psychique mis en évidence et les accidents assurés.
C._ forma opposition contre cette décision, en concluant à l'allocation d'une rente d'invalidité d'un taux d'au moins 50 %, d'une part, et, d'autre part, d'une indemnité pour atteinte à l'intégrité à fixer en tenant compte de l'atteinte à son intégrité tant physique que psychique.
Par décision du 18 décembre 1992, la CNA rejeta l'opposition.
B.- a) C._ recourut contre cette décision.
Par jugement du 16 mai 1994, le Tribunal des assurances du canton de Vaud admit le recours et annula la décision sur opposition du 18 décembre 1992, en renvoyant le dossier à la CNA pour instruction complémentaire et nouvelle décision.
b) La CNA forma recours de droit administratif contre ce jugement.
Par arrêt du 13 octobre 1995, le Tribunal fédéral des assurances admit partiellement le recours, en ce sens qu'il annula le jugement cantonal et renvoya la cause pour instruction complémentaire et nouvelle décision, non à la CNA comme ordonné par les premiers juges, mais à ceux-ci directement.
c) Conformément aux instructions du Tribunal fédéral des assurances, la Cour cantonale compléta l'instruction du cas par l'audition de deux témoins sur les circonstances des accidents ainsi que par la mise en oeuvre d'une expertise psychiatrique qu'il confia au docteur E._, spécialiste FMH en psychiatrie et psychothérapie. Ce médecin posa le diagnostic de stress post-traumatique dans le cadre de troubles de la personnalité de type alexithymique. Il relevait que les accidents assurés avaient joué le rôle de "facteurs déclenchants" dans l'apparition des troubles psychiques constatés et que ceux-ci rendaient improbable la réintégration de l'assuré dans le monde du travail (rapport du 11 mars 1997). La CNA requit l'avis de son équipe médicale de médecine des accidents, laquelle réfuta les conclusions de l'expert judiciaire (rapport du 21 avril 1997 du docteur F._, spécialiste FMH en psychiatrie et psychothérapie).
Par jugement du 20 janvier 2000, le Tribunal des assurances du canton de Vaud rejeta le recours dont il était saisi. Pour l'essentiel, il considéra que les troubles d'ordre psychique présentés par l'assuré s'inscrivaient certes dans un rapport de causalité naturelle avec ses accidents, mais non dans un rapport de causalité adéquate.
C.- C._ interjette recours de droit administratif contre ce jugement en concluant, sous suite de frais et dépens, à la réforme de celui-ci en ce sens que lui soient accordées une rente d'invalidité fondée sur une perte de gain de 50 % ainsi qu'une indemnité pour atteinte à l'intégrité d'un taux de 30 %.
La CNA conclut au rejet du recours, tandis que l'Office fédéral des assurances sociales ne s'est pas déterminé.

Considérant en droit :
1.- Le droit à des prestations découlant d'un accident assuré suppose d'abord, entre l'événement dommageable de caractère accidentel et l'atteinte à la santé, un lien de causalité naturelle et adéquate. Les principes que la jurisprudence a développés à propos de cette notion ont été correctement exposés par les premiers juges, si bien qu'on peut, à ce sujet, renvoyer aux considérants de leur jugement.
2.- Au vu des pièces médicales au dossier, il n'est pas contestable - ni, du reste, contesté par les parties - que les lésions somatiques dont souffre le recourant sont dans une relation de causalité naturelle et adéquate avec les accidents survenus les 6 juillet 1989 et 21 mai 1990.
Reste donc à examiner si les troubles d'ordre psychique sont à mettre en relation de causalité natuelle et adéquate avec les deux accidents successifs pris séparément, comme le veut la jurisprudance (cf. RAMA 1996 no U 248 p. 176) et non cumulativement, comme le soutient le recourant.
3.- a) En principe, le juge ne s'écarte pas sans motifs impératifs des conclusions d'une expertise médicale judiciaire, la tâche de l'expert étant précisément de mettre ses connaissances spéciales à la disposition de la justice afin de l'éclairer sur les aspects médicaux d'un état de fait donné. Selon la jurisprudence, peut constituer une raison de s'écarter d'une expertise judiciaire le fait que celle-ci contient des contradictions, ou qu'une surexpertise ordonnée par le tribunal en infirme les conclusions de manière convaincante. En outre, lorsque d'autres spécialistes émettent des opinions contraires aptes à mettre sérieusement en doute la pertinence des déductions de l'expert, on ne peut exclure, selon les cas, une interprétation divergente des conclusions de ce dernier par le juge ou, au besoin, une instruction complémentaire sous la forme d'une nouvelle expertise médicale (<ref-ruling> sv. consid. 3b/aa et les références; VSI 2000 p. 154 consid. 2b).
b) Selon l'expert judiciaire, le recourant souffre d'un état anxio-dépressif sévère dans le cadre d'un stress post-traumatique que le second accident est venu aggraver. Il précise :
"Présentant une structure de la personnalité fragile avec un niveau d'intelligence au-dessous de la moyenne, il n'est pas en mesure d'intégrer les lésions physiques au cours de ces deux accidents. Son attitude dépendante visà-vis du monde extérieur et l'atteinte physique mentionnée sont vécues d'une façon dramatique et catastrophique, n'ayant plus de ressources existentielles."
A la question de savoir dans quelle mesure les troubles d'ordre psychique du recourant résultent des accidents assurés, l'expert répond que ceux-ci doivent être considérés comme des "facteurs déclenchants" (rapport du docteur E._ du 11 mars 1997, pp. 5 et 6).
Le docteur F._, médecin psychiatre de l'équipe médicale de la CNA, ne partage pas l'avis de son confrère. Sans avoir pu examiner le patient, mais en se fondant sur l'ensemble des constatations et conclusions découlant du dossier médical, il conclut pour sa part à l'existence d'une névrose de rente selon ICD 10 (classification internationale des affections psychiques de l'OMS), affection qui ne peut être mise en relation de causalité naturelle avec les accidents subis par l'assurés (rapport du 21 avril 1997).
Bien que non dénuées d'intérêt, les considérations du docteur F._ ne sont toutefois pas de nature à jeter un doute sérieux sur les conclusions du docteur E._ dont l'expertise, qui a valeur d'expertise judiciaire avec les effets que lui attachent la jurisprudence (supra consid. 3a), est clairement motivée et décrit de manière convaincante la situation médicale, en s'appuyant pour cela sur une étude attentive du dossier médical - et une anamnèse complète - ainsi que sur deux entretiens personnels avec l'assuré.
Au degré de la vraisemblance prépondérante, on peut donc, avec les premiers juges, retenir l'existence d'une relation de causalité naturelle entre les accidents assurés et les troubles d'ordre psychique dont souffre le recourant, étant rappelé qu'il n'est pas nécessaire, pour admettre la réalisation de cette condition, que les accidents soient la cause unique ou immédiate de l'atteinte à la santé; en effet, il faut et il suffit qu'ils aient, associés éventuellement à d'autres facteurs, provoqué l'atteinte à la santé physique ou psychique de l'assuré, c'est-à-dire qu'ils se présentent comme la condition sine qua non de celle-ci (<ref-ruling> consid. 1, 118 V 289 consid. 1b et les références).
c) La solution de la question relative à la consalité adéquate suit en revanche d'autres critères.
Au vu de leur déroulement et de leurs conséquences, les accidents assurés entrent, comme l'ont à juste raison considéré les premiers juges - et comme en convient également le recourant - dans la catégorie des accidents de gravité moyenne, et cela indépendamment du fait qu'ils sont survenus dans un laps de temps relativement rapproché. La jurisprudence postule en effet que, lorsque deux ou plusieurs accidents ont provoqué des troubles du développement psychique, l'existence d'un lien de causalité adéquate doit, en principe, être appréciée séparément pour chacun des accidents assurés (RAMA 1996 no U 248 p. 177 consid. 4b et les références; voir aussi <ref-ruling> consid. 11a). C'est donc seulement si l'un des critères déterminants posés par la jurisprudence s'est manifesté de manière particulièrement marquante ou si plusieurs de ces critères se trouvent soit cumulés, soit réunis d'une façon frappante, que l'existence d'un lien de causalité adéquate pourra être admise (<ref-ruling> sv. consid. 6c/bb, 409 sv. consid. 5c/bb).
En l'espèce, on ne voit pas d'éléments de nature à faire apparaître les accidents dont a été victime le recourant comme particulièrement impressionnants ou dramatiques; ce dernier ne le soutient du reste pas. Par ailleurs, il apparaît que dès le 13 novembre 1989, soit quelque cinq mois après le premier accident, une reprise du travail à 100 % était déjà exigible (rapport médical intermédiaire du docteur Légeret du 8 novembre 1989). Certes le recourant n'a-t-il plus été en mesure, après la survenance du second accident, de reprendre son travail. Il ressort toutefois de l'expertise du docteur E._ (p. 4) qu'"immédiatement après le premier accident, il a développé un important état de stress post-traumatique avec des symptômes d'anxiété et de dépression". Et ce médecin de poursuivre que "le deuxième accident n'a, en fait, qu'aggravé la réaction déjà observée et la symptomatologie mentionnée persiste, permettant ainsi de parler d'une fixation ainsi que d'un trouble chronique." On doit par conséquent conclure, sur la base de ces constatations médicales, que c'est en raison de ses problèmes d'ordre psychique, qui sont très rapidement passés au premier plan, que le recourant n'a plus repris le travail (cf. également le rapport de sortie du 12 décembre 1990 de la Clinique W._). Il s'ensuit que les critères déterminants que sont, selon la jurisprudence, la durée anormalement longue du traitement médical, les douleurs physiques persistantes, ainsi que le degré et la durée de l'incapacité de travail dues aux lésions physiques, ne sont pas réunis.
C'est dès lors à bon droit que les premiers juges ont nié l'existence d'une relation de causalité adéquate entre les accidents assurés et les troubles psychiques du recourant. Au demeurant, la comparaison que veut établir le recourant entre le taux d'invalidité retenu par l'intimée et celui admis par l'assurance-invalidité tombe à faux, les deux assureurs ne répondant pas, en l'occurence, des mêmes séquelles.
d) Abstraction faite de ses troubles psychiques, la capacité de travail du recourant dans son activité habituelle de foreur est encore, moyennant le port de chaussures orthopédiques, de 66 2/3 % (rapport du docteur B._ du 18 avril 1991). On peut donc admettre, avec l'intimée et les premiers juges, que la perte de gain subie par l'intéressé est de 33 1/3 %. Du reste, celui-ci ne remet pas sérieusement en question l'évaluation de son invalidité résultant de ses seuls troubles d'ordre somatique.
Son recours apparaît ainsi mal fondé.
4.- Il reste à examiner si le recourant peut prétendre, comme il le soutient, une indemnité pour atteinte à l'intégrité. Dans la mesure où les dispositions légales et réglementaires qui fixent les conditions mises à l'octroi d'une telle prestation ont correctement été rappelées dans le jugement entrepris, il suffit de renvoyer à celui-ci (considérant 9 dudit jugement).
Se fondant sur les "Tables concernant les atteintes à l'intégrité" établies par la CNA, le docteur B._ a considéré que le taux de l'atteinte à l'intégrité du recourant était inférieur à 5 %. Ce point de vue ne souffre pas la critique : en effet, selon la figure 1 de la table 4.2 ("taux d'atteinte à l'intégrité résultant de la perte d'un ou de plusieurs segments des membres inférieurs"), la perte de la seule phalange distale du gros orteil ne donne pas lieu à indemnisation; or c'est, selon le docteur B._, précisément l'atteinte que présente le recourant. Quant aux troubles psychiques dont celui-ci est atteint, ils n'ouvrent pas non plus droit à une indemnité pour atteinte à l'intégrité du moment qu'ils ne sont pas dans un rapport de causalité adéquate avec les accidents assurés.
Sur ce point aussi, le recours s'avère ainsi mal fondé.

Par ces motifs, le Tribunal fédéral des assurances
prononce :
I. Le recours est rejeté.
II.Il n'est pas perçu de frais de justice.
III.Le présent arrêt sera communiqué aux parties, au Tribunal
des assurances du canton de Vaud et à l'Office
fédéral des assurances sociales.
Lucerne, le 4 juillet 2001
Au nom du
Tribunal fédéral des assurances
Le Président de la IIe Chambre :
Le Greffier :