Faits:
A. A._ est propriétaire des parcelles nos 40 et 141 du registre foncier de Signy-Avenex. Situés à proximité de la jonction autoroutière de Nyon, ces bien-fonds sont régis par le plan de quartier "Les Fléchères", approuvé le 20 avril 1994 par le Conseil d'Etat du canton de Vaud. Selon ce plan, la surface de plancher autorisée s'élève à 10'975 m2 sur la parcelle n° 141 et 5'001 m2 sur la parcelle n° 40. Le centre commercial "Signy-Centre" a été ouvert en 1998 sur les parcelles voisines nos 102 et 140. Offrant près de 13'000 m2 de surface de vente, ce centre commercial dispose de 1'125 places de stationnement et draine en moyenne 25'000 véhicules par semaine.
B. En 2001, la société G._ a requis l'autorisation de construire un centre commercial et un immeuble de bureaux sur les parcelles nos 40 et 141. Le 21 mars 2002, le Service de l'aménagement du territoire du canton de Vaud (devenu le Service du développement territorial) a délivré l'autorisation spéciale requise pour ce projet. Par décision du 2 mai 2002, la Municipalité de Signy-Avenex (ci-après: la municipalité) a toutefois refusé le permis de construire. Elle a considéré en substance que les parcelles nos 40 et 141 n'étaient pas encore regroupées, que les dispositions du plan de quartier relatives à la création d'un alignement d'arbres et à l'interdiction de surfaces de dépôts n'étaient pas respectées et que l'immeuble de bureaux présentait des défauts d'intégration incompatibles avec la clause générale d'esthétique. Elle informait en outre les promoteurs du fait que le plan de quartier "Les Fléchères" faisait l'objet d'une procédure de révision et qu'elle avait l'intention de limiter la hauteur des constructions sur les parcelles nos 40 et 141.
Le projet de révision du plan de quartier a été adopté le 12 novembre 2002 par le Conseil général de Signy-Avenex et approuvé le 19 mai 2005 par le Département des infrastructures du canton de Vaud. Parmi les modifications apportées au plan et à son règlement figurent notamment une réduction des altitudes maximales des périmètres d'implantation, de nouvelles dispositions permettant l'application globale des coefficients d'utilisation du sol et volumétriques à la surface cumulée des parcelles et une adaptation des dispositions sur les aménagements extérieurs.
C. Le 24 septembre 2005, A._ et B._, promettant-acquéreur des parcelles nos 40 et 141, ont requis l'autorisation de construire sur ces bien-fonds un centre commercial offrant environ 10'000 m2 de surfaces de vente et 550 places de stationnement. Ils ont produit un rapport d'impact daté de novembre 2005, qui estime le trafic généré par le projet à 3'370 mouvements de véhicules par jour et qui prévoit que le taux de saturation de la jonction autoroutière desservant le site augmenterait de 87% à 93% à l'heure de pointe du soir et de 77% à 91% à l'heure de pointe du samedi après-midi. Selon cette étude, le centre commercial en question constituerait probablement le dernier projet d'une certaine envergure réalisable à proximité de la jonction autoroutière dans son état actuel. Ce projet a été mis à l'enquête publique du 17 janvier au 7 février 2006. Il a suscité plusieurs oppositions, dont celles de la Commune de Nyon et de l'Association D._, C._, E._ et F._.
Par décision du 9 novembre 2007, le Service du développement territorial du canton de Vaud a refusé de délivrer l'autorisation spéciale requise. En substance, ce service a considéré que le projet ne bénéficiait pas d'un équipement suffisant et qu'il n'était pas compatible avec les exigences de l'aménagement du territoire. Il estimait en particulier que le projet ne pouvait pas être réalisé sans une adaptation de la jonction autoroutière. Par décision du 7 janvier 2008, la municipalité a refusé d'octroyer le permis de construire. Elle relevait qu'elle n'était pas autorisée à délivrer ce permis compte tenu de la décision négative du Service du développement territorial.
D. A._ et B._ ont recouru contre les décisions précitées auprès de la Cour de droit administratif et public du Tribunal cantonal vaudois (ci-après: le Tribunal cantonal). Par arrêt du 14 décembre 2009, cette autorité a admis "très partiellement" ce recours et annulé la décision du Service du développement territorial s'agissant de la perception d'un émolument de 12'700 fr., le recours étant rejeté pour le surplus. Le Tribunal cantonal a considéré que les parcelles en cause ne pouvaient pas être considérées comme suffisamment équipées au sens de l'art. 19 de la loi sur l'aménagement du territoire du 22 juin 1979 (LAT; RS 700). Se fondant sur un rapport d'expertise du bureau H._ de novembre 2008 (ci-après: l'expertise H._), il a en effet estimé que le projet litigieux entraînerait une saturation de la jonction autoroutière et que l'atteinte à la garantie de la propriété et à la liberté économique était justifiée par un intérêt public important et proportionnée au but visé. Quant au principe de la bonne foi invoqué par les recourants, il n'était pas violé, en l'absence de promesse effective des autorités.
E. Agissant par la voie du recours en matière de droit public et du recours constitutionnel subsidiaire, A._ et B._ demandent au Tribunal fédéral d'annuler cet arrêt et d'inviter les autorités compétentes à délivrer l'autorisation spéciale requise ainsi que le permis de construire. Ils se plaignent d'une violation de l'art. 19 LAT et d'une application arbitraire (art. 9 Cst.) de l'art. 47a de la loi cantonale sur l'aménagement du territoire et les constructions (LATC; RSV 700.11), d'une violation de leur droit d'être entendus (art. 29 al. 2 Cst.) et du principe de la bonne foi (art. 5 al. 3 et art. 9 Cst.).
Le Tribunal cantonal s'est déterminé brièvement, concluant au rejet du recours. La Commune de Nyon et le Service cantonal de l'environnement et de l'énergie s'en remettent à justice. La Commune de Signy-Avenex présente des observations tendant à l'admission partielle du recours mais s'en remet à justice dans ses conclusions. Au terme de leurs observations, les services cantonaux du développement territorial, de la mobilité et des routes concluent au rejet du recours en matière de droit public et à l'irrecevabilité du recours constitutionnel subsidiaire. L'Office fédéral du développement territorial a présenté des observations. L'Office fédéral des routes en a fait de même, concluant au rejet du recours en matière de droit public. L'Association D._, C._, E._ et F._ ne se sont pas déterminés. Les services cantonaux du développement territorial, de la mobilité et des routes ont présenté des observations complémentaires. La Commune de Signy-Avenex, le Tribunal cantonal et les recourants en ont fait de même.

Considérant en droit:
1. Dirigé contre une décision rendue dans le domaine du droit public des constructions, le recours est recevable comme recours en matière de droit public conformément aux art. 82 ss de la loi sur le Tribunal fédéral (LTF; RS 173.110), aucune des exceptions prévues à l'art. 83 LTF n'étant réalisée. Les recourants voient leur projet de centre commercial refusé, de sorte qu'ils ont manifestement la qualité pour recourir au sens de l'art. 89 al. 1 LTF. Pour le surplus, interjeté en temps utile et dans les formes requises contre une décision finale prise en dernière instance cantonale non susceptible de recours devant le Tribunal administratif fédéral, le recours est recevable au regard des art. 42, 86 al. 1 let. d, 90 et 100 al. 1 LTF.
2. La voie du recours en matière de droit public étant ouverte en l'espèce, le recours constitutionnel subsidiaire est irrecevable (art. 113 LTF). Cela étant, l'intitulé erroné d'un recours ne nuit pas à son auteur, pour autant que les conditions de recevabilité du recours qui aurait dû être interjeté soient réunies (<ref-ruling> consid. 1.2 p. 382 et les arrêts cités). Dans ces conditions, les griefs soulevés dans la partie du recours intitulée "recours constitutionnel subsidiaire" peuvent être traités dans le cadre du recours en matière de droit public.
3. Dans un grief d'ordre formel qu'il convient d'examiner en premier lieu, les recourants se plaignent d'une violation de leur droit d'être entendus, au motif qu'ils n'auraient pas eu la possibilité de s'exprimer avant la mise en ?uvre de la dernière expertise judiciaire ordonnée par le Tribunal cantonal.
3.1 Tel qu'il est garanti à l'art. 29 al. 2 Cst., le droit d'être entendu comprend notamment le droit pour l'intéressé de s'exprimer sur les éléments pertinents avant qu'une décision ne soit prise touchant sa situation juridique, le droit de consulter le dossier, de produire des preuves pertinentes, d'obtenir qu'il soit donné suite à ses offres de preuve pertinentes, de participer à l'administration des preuves essentielles ou à tout le moins de s'exprimer sur son résultat, lorsque cela est de nature à influer sur la décision à rendre (<ref-ruling> consid. 5.1 p. 293; <ref-ruling> consid. 2.2 p. 504 s.; <ref-ruling> consid. 2b p. 56 et les arrêts cités).
3.2 En l'espèce, les recourants reprochent au Tribunal cantonal d'avoir mandaté un expert - le bureau I._, qui a réalisé une étude sur le bilan CO2 de l'installation commerciale - après la clôture de l'instruction "sans que les parties y soient associées". Ils auraient donc ignoré les questions posées à l'expert et les bases du rapport d'expertise. Ils se plaignent également de n'avoir pas été entendus par l'expert en question. Cela étant, les recourants admettent que l'expertise leur a été envoyée plusieurs semaines avant que l'arrêt attaqué ne soit rendu. Le Tribunal cantonal leur a du reste imparti un délai pour se déterminer, ce qu'ils n'ont pas manqué de faire. Ils ont donc eu l'occasion de s'exprimer sur l'expertise en cause, si bien que leur droit d'être entendus a été respecté. Contrairement à ce que les recourants semblent soutenir, la garantie du droit d'être entendu ne leur conférait pas en plus le droit d'exprimer leur avis sur le choix de l'expert, ni d'être associés à l'élaboration des questions à son intention (cf. <ref-ruling> consid. 3 p. 404 s.), pas plus que d'être entendus directement par les auteurs de l'expertise. Ce premier moyen doit donc être rejeté.
4. Sur le fond, les recourants invoquent une violation de l'art. 19 LAT. Ils prétendent en substance que le site litigieux est desservi d'une manière adaptée et que l'équipement de leurs parcelles est "acquis".
4.1 Conformément à l'art. 22 al. 2 let. b LAT, l'autorisation de construire n'est délivrée que si le terrain est équipé. A teneur de l'art. 19 al. 1 LAT, un terrain est réputé équipé lorsqu'il est desservi d'une manière adaptée à l'utilisation prévue par des voies d'accès et par des conduites auxquelles il est possible de se raccorder sans frais disproportionnés pour l'alimentation en eau et en énergie, ainsi que pour l'évacuation des eaux usées. Une voie d'accès est adaptée à l'utilisation prévue lorsqu'elle est suffisante d'un point de vue technique et juridique pour accueillir tout le trafic de la zone qu'elle dessert (<ref-ruling> consid. 3a p. 68 et les arrêts cités). Il faut aussi que la sécurité des usagers soit garantie sur toute sa longueur, que le revêtement soit adéquat en fonction du type de véhicules qui vont l'emprunter, que la visibilité et les possibilités de croisement soient suffisantes et que l'accès des services de secours et de voirie soit assuré (arrêt 1C_221/ 2007 du 3 mars 2008 consid. 7.2; arrêt 1P.115/1992 du 6 mai 1993 consid. 4, in ZBl 95/1994 p. 89 et les références citées). Les infrastructures doivent ainsi être adaptées aux possibilités de construire offertes par le plan de zones. Un bien-fonds ne peut dès lors être considéré comme équipé, si, une fois construit conformément aux règles du plan d'affectation, son utilisation entraîne un accroissement du trafic qui ne peut être absorbé par le réseau routier (DFJP/OFAT, Etude relative à la loi fédérale sur l'aménagement du territoire, 1981, n. 12 s. ad art. 19 LAT; URS EYMANN, Droit de l'équipement et programme d'équipement, éd. DFJP/OFAT, 1999, p. 9; ANDRÉ JOMINI, in Commentaire de la Loi fédérale sur l'aménagement du territoire, 2010, n. 20 ad art. 19 LAT). Il en va de même si l'accroissement du trafic provoque des atteintes nuisibles ou incommodantes dans le voisinage (<ref-ruling> consid. 6a p. 488; <ref-ruling> consid. 6b p. 166 s.). Les autorités communales et cantonales disposent en ce domaine d'un important pouvoir d'appréciation, que le Tribunal fédéral doit respecter (<ref-ruling> consid. 3a in fine p. 68; <ref-ruling> consid. 4 p. 373).
4.2 En l'occurrence, le Tribunal cantonal considère que le projet des recourants entraînera un accroissement du trafic qui ne pourra pas être absorbé par le réseau routier, car il provoquera la saturation de la jonction autoroutière. Il fonde son appréciation sur l'expertise H._ de novembre 2008. Les auteurs de cette expertise ont procédé à une estimation du trafic généré par le projet sur la base du nombre de places de stationnement, de la surface de vente et du chiffre d'affaires attendu. Ils prévoient que le projet litigieux aura un impact très important sur la capacité du carrefour de la jonction autoroutière (rapport p. 10) et ils concluent sans équivoque que le trafic généré par ce projet provoquera la saturation de la jonction autoroutière et donc "une augmentation du temps d'attente et un allongement des files qui suivent une courbe exponentielle", ce qui entraînera notamment une baisse de la sécurité globale du carrefour (p. 11). Les experts constatent par ailleurs que la jonction autoroutière est déjà proche de la saturation et qu'elle sera saturée dans une dizaine d'années même si aucun grand projet n'est réalisé sur les terrains proches de celle-ci. Ils estiment dès lors que la construction d'un nouveau centre commercial dans le secteur consommerait immédiatement le peu de réserve disponible, ce qui aura un impact fort sur le fonctionnement de la jonction. Ils relèvent également que la réalisation du projet litigieux entraînera un refoulement très probable sur l'autoroute aux heures de pointes, ce qui est incompatible avec une exploitation sûre de l'autoroute (p. 13).
Les recourants contestent cette appréciation en se fondant sur le rapport d'impact de novembre 2005, qui conclut notamment que le réseau routier a une capacité suffisante pour absorber l'augmentation du trafic journalier moyen induite par le projet litigieux (p. 13) et que la jonction autoroutière conserve une réserve de capacité "malgré un accroissement significatif du taux de saturation à l'heure de pointe" (p. 16). A l'instar de l'Office fédéral des routes, l'expertise H._ constate toutefois que l'étude d'impact sous-évalue le trafic généré par le nouveau centre commercial, ce que les recourants ne contestent pas expressément. Ils se bornent en effet à dire que le rapport d'impact précité constitue une "analyse précise, technique et minutieuse" du projet litigieux, sans remettre sérieusement en question le caractère probant de l'expertise H._. Devant les instances précédentes, les recourants avaient déjà défendu à réitérées reprises les conclusions du rapport d'impact, en produisant plusieurs rapports complémentaires du bureau ayant réalisé cette étude. Ces éléments ont été dûment pris en considération par le Tribunal cantonal, qui a expliqué les raisons pour lesquelles il avait choisi de s'appuyer néanmoins sur les conclusions de l'expertise H._ (cf. arrêt attaqué consid. 2d). Les recourants ne remettent pas en cause cette appréciation de manière convaincante et ils ne font pas valoir de motifs pertinents qui justifieraient de s'écarter de ladite expertise. Les conclusions de cette étude ne semblent d'ailleurs pas manifestement insoutenables ou en décalage avec la réalité et il apparaît que l'expertise a été réalisée dans les règles de l'art, ce que confirme l'Office fédéral du développement territorial. Dans ces conditions, les juges cantonaux pouvaient se fonder sur l'expertise en question. Ils n'ont dès lors pas abusé de leur large pouvoir d'appréciation en considérant que le trafic généré par le projet ne pourrait pas être absorbé par le réseau routier existant, de sorte que le terrain n'était pas suffisamment équipé au sens de l'art. 19 LAT.
5. Pour le surplus, les recourants reprochent en substance aux autorités cantonales d'avoir traité leur requête comme s'il s'agissait d'une procédure de planification. Ils se plaignent dans ce cadre d'arbitraire au sens de l'art. 9 Cst. et d'une application arbitraire de l'art. 47a al. 2 LATC.
5.1 Selon la jurisprudence, l'arbitraire, prohibé par l'art. 9 Cst., ne résulte pas du seul fait qu'une autre solution pourrait entrer en considération ou même qu'elle serait préférable; le Tribunal fédéral ne s'écarte de la solution retenue en dernière instance cantonale que si elle est manifestement insoutenable, méconnaît gravement une norme ou un principe juridique clair et indiscuté ou si elle heurte de manière choquante le sentiment de la justice ou de l'équité. Il ne suffit pas que la motivation de la décision soit insoutenable; encore faut-il qu'elle soit arbitraire dans son résultat (<ref-ruling> consid. 3.1 p. 265 s.; <ref-ruling> consid. 3.1 p. 153; <ref-ruling> consid. 5.1 p. 17; <ref-ruling> consid. 2.1 p. 219; <ref-ruling> consid. 3.1 p. 178). Appelé à revoir l'interprétation d'une norme sous l'angle restreint de l'arbitraire, le Tribunal fédéral ne s'écarte de la solution retenue par l'autorité cantonale de dernière instance que si celle-ci apparaît insoutenable, en contradiction manifeste avec la situation effective, adoptée sans motifs objectifs et en violation d'un droit certain (<ref-ruling> consid. 2.2.2 p. 319; <ref-ruling> consid. 4.1 p. 133 et les arrêts cités).
5.2 En considérant que l'autorisation de construire ne pouvait pas être délivrée faute d'équipement suffisant, le Tribunal cantonal n'a fait qu'appliquer l'art. 22 al. 2 let. b LAT, qui prévoit expressément qu'une telle autorisation ne peut être délivrée que si le terrain est équipé au sens de l'art. 19 LAT. On ne voit dès lors pas en quoi il aurait traité la requête des recourants "comme s'il s'agissait d'une procédure de planification", de sorte que cette critique doit être rejetée. Cela étant, si l'on comprend bien l'argumentation des recourants, ceux-ci reprochent aux juges cantonaux d'avoir également pris en compte l'impact d'autres projets sur les infrastructures routières. Un tel raisonnement ne ressort toutefois pas clairement de l'arrêt attaqué, qui se limite à constater que le trafic induit par le seul projet litigieux ne pourra pas être absorbé par le réseau routier existant. Cela étant, il est vrai que l'expertise H._ a examiné l'impact des autres projets en gestation. Elle ne donne toutefois pas un poids déterminant à ces derniers, puisqu'elle retient que le projet litigieux aura à lui seul un impact beaucoup plus important sur la capacité du carrefour de la jonction autoroutière (7 à 30 points contre 1 et 5 points pour les autres projets; rapport p. 10). Quoi qu'il en soit, cette façon de procéder est loin d'être arbitraire. En effet, pour estimer la capacité d'absorption du trafic par le réseau routier, il y a lieu de prendre en considération l'ensemble des possibilités de construction en fonction du plan de zone et non seulement le projet en cause (DFJP/OFAT, op. cit., n. 13 ad art. 19 LAT; PIERMARCO ZEN-RUFFINEN/CHRISTINE GUY-ECABERT, Aménagement du territoire, construction, expropriation, 2001, p. 324).
Les recourants se plaignent par ailleurs d'une application arbitraire de l'art. 47a LATC, qui règle la question du raccordement aux transports publics dans le cadre des plans d'affectation et des plans de quartier. Ils perdent cependant de vue que l'arrêt attaqué ne se fonde pas sur cette disposition. En effet, ce n'est pas à cause d'un raccordement insuffisant au réseau de transports publics que le Tribunal cantonal a confirmé le refus du permis de construire, mais bien parce que le réseau routier n'était pas suffisant pour absorber l'augmentation de trafic induite par le projet litigieux. Contrairement à ce que soutiennent les recourants, cette décision n'équivaut pas à remettre en cause le plan d'affectation récemment révisé. Elle n'exclut pas toute construction conforme au plan sur la parcelle des recourants, mais elle constate seulement que le projet litigieux, qui générerait une forte augmentation de trafic, n'est pas compatible avec l'équipement routier existant. En définitive, la décision attaquée se fonde sur les art. 19 et 22 al. 2 let. b LAT et aucun arbitraire au sens de la jurisprudence susmentionnée n'a été démontré, de sorte que ce grief doit être rejeté.
6. Les recourants se plaignent encore d'une violation du principe de la bonne foi, au motif qu'ils auraient élaboré le projet litigieux en se fiant notamment à la planification récente du secteur en cause.
6.1 Découlant directement de l'art. 9 Cst. et valant pour l'ensemble de l'activité étatique, le droit à la protection de la bonne foi préserve la confiance légitime que le citoyen met dans les assurances reçues des autorités, lorsqu'il a réglé sa conduite d'après des décisions, des déclarations ou un comportement déterminé de l'administration. Selon la jurisprudence, un renseignement ou une décision erronés de l'administration peuvent obliger celle-ci à consentir à un administré un avantage contraire à la réglementation en vigueur, à condition que l'autorité soit intervenue dans une situation concrète à l'égard de personnes déterminées, qu'elle ait agi ou soit censée avoir agi dans les limites de ses compétences et que l'administré n'ait pas pu se rendre compte immédiatement de l'inexactitude du renseignement obtenu. Il faut encore que l'administré se soit fondé sur les assurances ou le comportement dont il se prévaut pour prendre des dispositions auxquelles il ne saurait renoncer sans subir de préjudice, et que la réglementation n'ait pas changé depuis le moment où l'assurance a été donnée (<ref-ruling> consid. 6.1 p. 637; <ref-ruling> consid. 4.1 p. 170; <ref-ruling> consid. 3b/cc p. 123; <ref-ruling> consid. 4 p. 101 s. et les références citées).
6.2 En l'espèce, les recourants rappellent qu'en 2002 la Municipalité de Signy-Avenex avait refusé le permis de construire sollicité en invoquant subsidiairement l'art. 77 LATC relatif aux plans en voie d'élaboration. Ils avaient donc attendu la modification du plan de quartier "Les Fléchères" et avaient élaboré le projet litigieux en fonction de ce plan, engageant ainsi des dépenses importantes. Le Tribunal cantonal a déjà répondu sur ce point dans l'arrêt attaqué. Il a rappelé que le refus du permis en 2002 tenait essentiellement à des motifs d'esthétique et que la révision du plan de quartier "Les Fléchères" avait porté sur la réduction du gabarit des constructions. Les recourants ne pouvaient donc en déduire aucune assurance en ce qui concerne les voies d'accès. De plus, le refus de 2002 en application notamment de l'art. 77 LATC ne pouvait pas être considéré comme une promesse d'autoriser le projet litigieux, celui-ci comprenant la construction d'un centre commercial avec une surface de vente de plus de 10'000 m2 et 550 places de parc, alors que le premier projet avait pour objet un "brico-loisirs" et un centre administratif. Quant au plan de quartier modifié, il permettait des affectations particulièrement larges, allant de l'affectation commerciale à l'hôtellerie en passant par les activités artisanales, industrielles, de loisirs, de service ou administratives, et toute autre activité génératrice de places de travail. L'adoption de ce plan ne pouvait donc pas être comprise comme une promesse d'autoriser le projet des recourants malgré la saturation de la jonction autoroutière qu'il provoquerait. Les recourants ne remettent pas en cause cette appréciation de manière convaincante, puisqu'ils se bornent en substance à reprendre et remanier le grief présenté à cet égard devant l'instance précédente. Ils peuvent donc être renvoyés sur ce point à l'arrêt attaqué, qui apparaît d'ailleurs conforme à la jurisprudence relative à la protection de la bonne foi. Il n'est en effet aucunement établi que le plan de quartier modifié pouvait être compris de bonne foi comme une promesse d'autoriser le projet litigieux. Ce moyen doit donc lui aussi être rejeté.
7. Enfin, les recourants invoquent une violation de la garantie de la propriété (art. 26 Cst.) et de la liberté économique (art. 27 Cst.). Il n'est pas contesté que le refus du permis de construire sollicité par les intéressés porte atteinte à ces deux droits fondamentaux, ce que l'arrêt attaqué reconnaît au demeurant. Le Tribunal cantonal a cependant considéré que l'atteinte était justifiée par des intérêts publics prépondérants et qu'elle était proportionnée au but visé. Les recourants ne soulèvent pas d'arguments valables contre cette appréciation, puisqu'ils se limitent à mentionner les art. 26 et 27 Cst. pour affirmer que "l'intérêt juridique à la protection des droits fondamentaux" leur conférait le droit d'obtenir le permis de construire sollicité. Ce dernier grief ne répondant pas aux exigences de motivation déduites de l'art. 106 al. 2 LTF, il doit être déclaré irrecevable.
8. Il s'ensuit que le recours doit être rejeté, dans la mesure de sa recevabilité. Les recourants, qui succombent, doivent supporter les frais de la présente procédure (art. 66 al. 1 LTF). Il n'y a pas lieu d'allouer des dépens aux intimés, qui ne se sont pas déterminés (art. 68 al. 1 LTF), pas plus qu'aux communes de Nyon et Signy-Avenex (art. 68 al. 3 LTF; <ref-ruling> consid. 7 p. 119).

Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté, dans la mesure où il est recevable.
2. Les frais judiciaires, arrêtés à 4'000 fr., sont mis à la charge des recourants.
3. Il n'est pas alloué de dépens.
4. Le présent arrêt est communiqué aux mandataires des parties et des communes de Nyon et Signy-Avenex, aux services cantonaux de l'environnement et de l'énergie, du développement territorial, de la mobilité et des routes, ainsi qu'au Tribunal cantonal du canton de Vaud, Cour de droit administratif et public, à l'Office fédéral des routes et à l'Office fédéral du développement territorial.
Lausanne, le 18 février 2011
Au nom de la Ire Cour de droit public
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: Le Greffier:
Fonjallaz Rittener