1. Le recours est admis et le jugement du Tribunal des assurances du canton de Vaud du 21 juin 2005 est annulé, la cause étant renvoyée à la juridiction cantonale pour nouveau jugement. 2. Il n'est pas perçu de frais de justice. 3. Le présent arrêt sera communiqué aux parties, au Tribunal des assurances du canton de Vaud, à la Fondation collective LPP de Z.________ et à l'Office fédéral des assurances sociales. Lucerne, le 31 janvier 2007 Au nom de la IIe Cour de droit social du Tribunal fédéral suisse Le Président: La Greffière: