A.- a) C._ a travaillé en qualité de peintre pour l'entreprise Z._ SA. A ce titre, il était assuré contre les accidents par la Caisse nationale suisse d'assurance en cas d'accidents (CNA).
Le 8 février 1988, il a été victime d'une chute d'une hauteur de 2m environ, alors qu'il travaillait dans une cage d'escalier. Il a notamment subi un traumatisme crâniocérébral avec commotion et une fracture frontale gauche (rapport du docteur R._ du 15 mars 1988). Lors d'un séjour à la Clinique de médecine rééducative à Y._, ce diagnostic a été confirmé et complété par celui d'une péri-arthropathie scapulo-humérale droite à la suite d'une luxation de l'épaule survenue en 1986 (rapport du docteur E._ du 15 juillet 1988).
L'évaluation de la capacité de travail de l'assuré a fait l'objet de plusieurs avis médicaux. Dans son rapport du 29 avril 1991, le docteur T._, médecin d'arrondissement de la CNA, a estimé que l'assuré aurait un rendement de 100 % dans une activité en position alternée, en exécutant de légers travaux sans avoir à lever des charges, par exemple en usine, dans la mécanique. Quant au degré de l'atteinte à l'intégrité, le docteur T._ l'a évalué à 18 %, dans un second rapport du 29 avril 1991.
Au terme d'un stage d'observation de l'AI, il a été constaté notamment que l'intéressé avait un rendement de 31 % en atelier, qu'il ne pouvait pas suivre d'apprentissage par manque de talent intellectuel, et qu'il ne disposait pas de la résistance physique lui permettant d'occuper durablement un travail de série (rapport du Centre d'observation professionnelle de l'AI du 25 juin 1992). Le docteur L._, médecin consultant au COPAI, a confirmé que l'assuré ne pouvait pas être réadapté (rapport du 18 juin 1992). Par deux décisions du 18 novembre 1992, notifiées également à la CNA, la Caisse cantonale genevoise de compensation a alloué une demi-rente d'invalidité à l'assuré à partir du 1er juin 1990 (fondée sur un degré d'invalidité de 50 %), puis une rente entière dès le 1er juillet 1991 (basée sur un taux de 100 %).
b) La CNA a recensé divers emplois accessibles à l'assuré, rémunérés entre 2700 fr. et 3800 fr. par mois. Au terme de son enquête économique, elle a déduit que l'assuré pourrait en l'espèce obtenir un revenu mensuel de 3200 fr. dans une activité adaptée à son handicap (en qualité de surveillant de machines, ou lors de travaux de contrôles), alors qu'il aurait pu réaliser un salaire de 5385 fr. sans l'accident. En conséquence, elle a arrêté la perte de gain à 40 % et alloué une rente d'invalidité correspondant à ce taux, par décision du 1er avril 1993.
Dans la même décision, la CNA a fixé le degré de l'atteinte à l'intégrité de l'assuré à 18 %.
c) C._ s'est opposé à cette décision, en concluant à l'octroi d'une rente d'invalidité et d'une indemnité pour atteinte à l'intégrité, toutes deux basées sur un taux de 70 %.
La CNA a requis l'avis du docteur V._, médecin auprès de sa division médecine des accidents, lequel a proposé de mettre en oeuvre une expertise neuropsychologique (rapport du 22 septembre 1993). Au terme de son rapport du 11 avril 1994, le professeur A._, médecin-chef au W._, a attesté des séquelles au premier plan comportementales ainsi qu'un dysfonctionnement frontal modéré, clairement compatibles avec le TCC subi en février 1988. A son avis, l'incapacité de travail de l'expertisé en tant que peintre en bâtiment était de 35 %, tandis que l'atteinte à l'intégrité s'élevait à 25 %. A la lumière de cette expertise, le docteur V._ a admis l'existence d'un lien de causalité naturelle entre l'accident et les troubles post-commotionnels ainsi que la périarthrite scapulo-humérale droite. En revanche, il a nié ce lien entre l'accident et les douleurs du dos et des jambes. Quant au taux d'atteinte à l'intégrité, il l'a évalué à 30 % (rapport du 2 septembre 1994). De son côté, le docteur D._, médecin traitant, a estimé que l'incapacité de travail de son patient était totale (rapports des 4 et 12 avril, 9 novembre 1995, et 23 juillet 1998).
Par décision sur opposition du 17 février 1999, la CNA a confirmé le droit de l'assuré à une rente d'invalidité de 40 % et porté le taux de l'indemnité pour atteinte à l'intégrité à 30 %.
d) Postérieurement à cette décision, le docteur X._ a attesté que l'état de l'assuré était incompatible avec un emploi à temps complet et qu'il ne permettait qu'un travail à 50 % dans une activité légère (rapport d'expertise du 25 mars 1999 à l'AI).
B.- C._ a recouru contre cette décision devant le Tribunal administratif du canton de Genève, en concluant à l'allocation d'une rente d'invalidité de 70 % et d'une indemnité pour atteinte à l'intégrité fondée sur un taux de 50 %.
Par jugement du 1er février 2000, la juridiction cantonale a admis partiellement le recours, en ce sens qu'elle a porté le degré de l'indemnité pour atteinte à l'intégrité à 33 %.
C.- C._ interjette recours de droit administratif contre ce jugement dont il demande l'annulation, avec suite de dépens, en reprenant ses conclusions formulées en première instance. Il sollicite la mise en oeuvre d'une expertise et le bénéfice de l'assistance judiciaire.
La CNA conclut au rejet du recours. L'Office fédéral des assurances sociales ne s'est pas déterminé.

Considérant en droit :
1.- Le litige porte sur le taux de la rente d'invalidité ainsi que sur celui de l'indemnité pour atteinte à l'intégrité.
2.- a) Selon l'<ref-law>, si l'assuré devient invalide à la suite d'un accident, il a droit à une rente d'invalidité.
Ainsi que le Tribunal fédéral des assurances l'a déclaré à maintes reprises, la notion d'invalidité est, en principe, identique en matière d'assurance-accidents, d'assurance militaire et d'assurance-invalidité. Dans ces trois domaines, elle représente la diminution permanente ou de longue durée, résultant d'une atteinte à la santé assurée, des possibilités de gain sur le marché du travail équilibré qui entre en ligne de compte pour l'assuré (<ref-ruling> consid. 2b, 116 V 249 consid. 1b et les arrêts cités).
La notion de l'invalidité dans l'assurance sociale appelle des règles de coordination. Elles se caractérisent dans un devoir réciproque d'information, notamment réglé par l'<ref-law> pour ce qui concerne l'assuranceaccidents. Dans un arrêt G. du 26 juillet 2000 destiné à la publication (I 512/98), le Tribunal fédéral des assurances a eu l'occasion de préciser que l'assureur social qui a renoncé à faire usage de son droit de recours contre une décision administrative qui lui a été régulièrement notifiée doit se laisser opposer celle-ci, dès lors qu'elle est présumée être correcte. Dans de telles situations, l'assureur placé devant une appréciation d'un taux d'invalidité entré en force de chose jugée émanant d'un autre assureur social ne peut qu'exceptionnellement apprécier celle-ci différemment. C'est le cas notamment, lorsqu'un calcul est manifestement erroné, qu'une évaluation de l'invalidité est grossière, ou que l'enquête est lacunaire.
b) En ce qui concerne, par ailleurs, la valeur probante d'un rapport médical, ce qui est déterminant c'est que les points litigieux aient fait l'objet d'une étude circonstanciée, que le rapport se fonde sur des examens complets, qu'il prenne également en considération les plaintes exprimées par la personne examinée, qu'il ait été établi en pleine connaissance de l'anamnèse, que la description du contexte médical et l'appréciation de la situation médicale soient claires et enfin que les conclusions de l'expert soient dûment motivées. Au demeurant, l'élément déterminant pour la valeur probante n'est ni l'origine du moyen de preuve ni sa désignation comme rapport ou comme expertise, mais bel et bien son contenu (<ref-ruling> consid. 3a, 122 V 160 consid. 1c et les références).
Le juge peut accorder une valeur probante aux rapports et expertises établis par les médecins de la CNA aussi longtemps que ceux-ci aboutissent à des résultats convaincants, que leurs conclusions sont sérieusement motivées, que ces avis ne contiennent pas de contradictions et qu'aucun indice concret ne permet de mettre en cause leur bienfondé. Le simple fait que le médecin consulté est lié à l'assureur par un rapport de travail ne permet pas encore de douter de l'objectivité de son appréciation ni de soupçonner une prévention à l'égard d'un assuré. Ce n'est qu'en présence de circonstances particulières que les doutes au sujet de l'impartialité d'une appréciation peuvent être considérées comme objectivement fondés. Étant donné l'importance conférée aux rapports médicaux dans le droit des assurances sociales, il y a lieu toutefois de poser des exigences sévères en ce qui concerne l'objectivité de l'expert (<ref-ruling> consid. 1c et les références citées).
3.- a) Le recourant fait grief aux premiers juges d'avoir suivi de manière presque exclusive l'opinion de l'expert de l'intimée, le docteur V._, sans peser les constatations faites par le docteur D._ durant son traitement des douleurs cervicales et dorsales, ni son appréciation de l'incapacité de travail qu'il estimait être totale (cf. rapports des 4 et 12 avril, 9 novembre 1995 et 23 juillet 1998). En l'absence d'une expertise neutre, les exigences sévères posées quant à l'impartialité et la fiabilité des données ressortant du dossier de l'institution d'assurance ne seraient, à son avis, pas respectées. Il se réfère enfin à l'opinion du docteur X._ qui estime que son état est incompatible avec un emploi à temps complet et ne permet qu'un travail à 50 % dans une activité légère (rapport d'expertise du 25 mars 1999 à l'AI).
b) En l'espèce, les rapports du docteur V._ (22 septembre 1993 et 2 septembre 1994) et du professeur A._ (11 avril 1994) remplissent toutes les conditions auxquelles la jurisprudence soumet la valeur probante de tels documents (consid. 2b ci-dessus), si bien qu'ils sont pertinents pour trancher le litige.
Le docteur X._ a posé des diagnostics qui se superposent parfaitement à ceux qui ont guidé les docteurs V._ et A._ dans leur appréciation. Il ne conteste pas que l'accident dont répond l'intimée a entraîné une réduction de 40 % de la capacité de travail du recourant, mais il prend en compte, dans le taux de 50 % qu'il retient finalement (ch. 5 du rapport du 25 mars 1999), des affections d'origine non traumatique (posthernie discale) dont l'intimée ne répond pas. L'analyse tant clinique que doctrinale que fait le docteur V._ de cette question est absolument convaincante, notamment en ce qui concerne l'absence des symptômes neurologiques, pourtant caractéristiques, lors des premiers examens cliniques.
Enfin, dans la mesure où l'appréciation de la capacité résiduelle de travail du professeur A._ diverge de celle du docteur D._, il y a lieu d'attacher plus de poids aux constatations faites par le premier nommé, qui est spécialiste d'une clinique universitaire, qu'à celles du second, médecin de famille (RJJ 1995 p. 44; RCC 1988 p. 504 consid. 2).
c) L'ensemble des rapports médicaux en cause permet de statuer en fait, si bien que l'expertise médicale requise par le recourant, douze ans après l'accident, apparaît superflue.
4.- Dans leur rapport du 1er septembre 1992, les responsables de l'Office régional AI avaient clairement indiqué que le versement d'une rente était prématuré et que l'instruction du cas - sur le plan neuropsychologique - n'était pas terminée. Pourtant, sans autres investigations, la Caisse cantonale genevoise de compensation a alloué des rentes d'invalidité (cf. décisions du 18 novembre 1992).
Dans ces conditions, on ne saurait reprocher à l'intimée et à la juridiction cantonale de recours de s'être distancées de l'appréciation de l'AI pour évaluer l'atteinte à la capacité de gain, car la méthode appliquée en 1992 n'était pas conforme à ce que prévoit l'<ref-law>. Quant aux tendances revendicatrices du recourant dont l'Office régional AI avait fait état dans son rapport du 1er septembre 1992, elles ne présentaient aucun caractère invalidant au sens de l'<ref-law> (SJ 1998 p. 429).
5.- a) Le recourant conteste par ailleurs le revenu d'invalide de 3200 fr. retenu par l'intimée. Il soutient que dans la perspective d'un travail à 50 % dans l'une des activités proposées par la CNA, il ne pourrait espérer réaliser plus de 1350 fr. à 1900 fr. par mois, soit la moitié des gains retenus par l'intimée (de 2700 à 3800 fr.).
b) Il n'y a toutefois pas lieu de réduire le gain de 3200 fr. de 50 %, comme le recourant le demande. En effet, son rendement n'est pas de 50 % dans une activité adaptée à son handicap, mais bien de 100 % (cf. rapport du docteur Thomet du 29 avril 1991). Au demeurant, si l'on se fondait sur l'expertise du professeur A._ qui évaluait l'incapacité de travail du recourant en tant que peintre en bâtiment à 35 % (cf. rapport du 11 avril 1994), on n'aboutirait pas davantage à un degré d'invalidité supérieur à 40 %.
Il s'ensuit que l'invalidité du recourant a été évaluée conformément au droit fédéral, de sorte que ses conclusions portant sur le versement d'une rente d'invalidité de 70 % sont mal fondées.
6.- a) Si, par suite de l'accident, l'assuré souffre d'une atteinte importante et durable à son intégrité physique ou mentale, il a droit à une indemnité équitable pour atteinte à l'intégrité (<ref-law>).
b) Dans son évaluation du 2 septembre 1994, le docteur V._ a rappelé que la table 1 d'indemnisation des atteintes à l'intégrité selon la LAA prévoit une atteinte de 10 % pour une périarthrite scapulo-humérale avec omarthrose débutante, avec fonction de l'épaule droite légèrement douloureuse et limitée. Toutefois, comme la périarthrite scapulo-humérale résultait d'un état antérieur (des calcifications pathologiques sont constatées sur des radiographies faites lors d'accidents survenus en 1986 et 1988), il fallait opérer une réduction de moitié, de sorte qu'il se justifie de retenir une atteinte à l'intégrité de 5 % pour les séquelles à l'épaule droite de l'accident du 8 février 1988. A ce taux, le docteur V._ a ajouté celui de la diminution de l'intégrité résultant de l'atteinte fonctionnelle modérée du cerveau, que le professeur A._ a estimée à 25 %, en rappelant que selon la table 8 des indemnisations, la valeur de cette atteinte se situait entre une atteinte modérée (20 %) et une atteinte modérée à moyenne (35 %). Il en a conclu que l'atteinte globale à l'intégrité s'élevait à 30 %.
La juridiction cantonale s'est ralliée à l'opinion du docteur V._ pour ce qui a trait aux atteintes en relation avec l'accident. La différence qui sépare l'appréciation du docteur T._ du 29 avril 1991 de celle de son confrère V._ du 2 septembre 1994 réside dans le fait que le premier nommé avait retenu une atteinte de 8 % et le second de 10 %, valeur qu'il a réduite de moitié compte tenu de l'état antérieur. A cet égard, les premiers juges ont retenu le taux de 8 % pour les séquelles scapulaires, considérant que le docteur V._ l'avait réduit à 5 % sans explications, de sorte qu'ils ont porté le taux global à 33 % (8 + 25).
c) Le recourant conclut à l'octroi d'une indemnité fondée sur un taux d'atteinte à l'intégrité de 50 %.
Cette conclusion est mal fondée. En effet, compte tenu des valeurs pertinentes figurant dans les tables 1 et 8 d'indemnisation des atteintes à l'intégrité, ainsi que de l'état antérieur qui justifie une réduction du taux de l'atteinte à l'épaule (table 1) dont répond l'intimée (voir l'appréciation du docteur V._ du 2 septembre 1994), les premiers juges auraient dû confirmer la décision litigieuse, qui retenait un taux d'atteinte à l'intégrité global de 30 %. Cela justifierait ainsi de réformer le jugement attaqué au détriment du recourant, faculté dont la Cour de céans n'usera toutefois pas en l'espèce (cf. <ref-ruling> consid. 5), vu le faible écart qui sépare les taux de 30 % et de 33 %.
7.- a) Selon la loi (art. 152 OJ) et la jurisprudence, les conditions d'octroi de l'assistance judiciaire gratuite sont en principe remplies si les conclusions ne paraissent pas vouées à l'échec, si le requérant est dans le besoin et si l'assistance d'un avocat est nécessaire ou du moins indiquée (<ref-ruling> consid. 4a, 372 consid. 5b et les références).
b) Le recourant remplit toutes ces conditions. En particulier, les moyens dont il dispose n'apparaissent pas supérieurs à ceux qui sont nécessaires pour subvenir aux besoins normaux d'une famille modeste (cf. RAMA 1996 n° U 254 p. 209 consid. 2). Par ailleurs, l'assistance d'un avocat était nécessaire.
Le recourant est toutefois rendu attentif au fait qu'il devra rembourser la caisse du Tribunal s'il devient ultérieurement en mesure de le faire (art. 152 al. 3 OJ; SVR 1999 IV n° 6 p. 15).

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. L'assistance judiciaire est accordée. Les honoraires
(y compris la taxe à la valeur ajoutée) de Me Riondel
sont fixés à 2500 fr. pour la procédure fédérale et
seront supportés par la caisse du tribunal.
IV. Le présent arrêt sera communiqué aux parties, au Tribunal
administratif du canton de Genève et à l'Office
fédéral des assurances sociales.
Lucerne, le 21 mars 2001
Au nom du
Tribunal fédéral des assurances
Le Président de la IIe Chambre :
Le Greffier :