Dans un premier temps, les chercheurs ont procédé à l'analyse chimique des engobes en tenant compte des pertes d'éléments liés à la préparation. Plus complexe à étudier : leur composition minérale. Plus intéressante aussi, car elle reflète la nature et le traitement de l'argile. Des centaines de tessons ont donc été « soumis » à la diffraction des rayons X. Résultats : concernant la Graufesenque, les échantillons diffèrent très peu les uns des autres, marque d'une grande homogénéité des productions de cette période (20 à 120 apr. J.-C.). Dans l'atelier de Montans, on a affaire à une marchandise moins « standardisée ». La fluctuation des trames minérales laisse ­penser que les potiers travaillaient avec différentes argiles. De là proviendraient les nuances chromatiques de ces céramiques, plutôt que de « ratés » dans les températures de cuisson.

Fort de technologies de pointe comme la diffraction des rayons X et surtout, la microscopie électronique en transmission ¹, le Cemes a, en parallèle, cherché des informations supplémentaires. Ainsi, cette deuxième technique a permis « de caractériser à l'échelle nanométrique la structure des engobes. Nous avons découvert qu'ils étaient constitués de cristaux d'hématite ² – responsables de la couleur rouge – et de corindon, sous forme de cristaux nanométriques dispersés de façon homogène dans une matrice vitreuse ». La présence de cet oxyde d'aluminium intrigue à double titre. Primo, on ne l'avait encore jamais observé à la surface d'une sigillée italique ou gauloise. Secundo, il se forme habituellement à des températures (> 1 150 °C) bien supérieures aux températures de cuisson des sigillées, estimées autour de 1 030-1 070 °C. D'autres facteurs doivent intervenir. Au niveau de la cuisson ? Ou bien du type ­d'argile et de sa transformation ? Les chercheurs penchent pour la deuxième solution. Avec une prédilection pour les argiles du Trias ³ : ce sont en effet les seules « candidates » de la région à être chimiquement compatibles avec les résultats obtenus. Encore faut-il étudier leurs réactions à la cuisson. Comment ? Dans un four sous atmosphère contrôlée ou en utilisant les cuissons expérimentales au bois, menées dans une reconstitution de four romain. Pour l'heure, les expériences n'ont apporté aucune réponse claire. Bien qu'elles soient fabriquées à partir de matériaux du Trias, les poteries « à l'identique » n'ont pas la microstructure des originales. « Mais avant de chercher une autre réponse dans l'élaboration des poteries, il est indispensable de vérifier si certaines argiles de ce niveau géologique, assez hétérogènes, ne donneraient pas de meilleurs résultats. » En attendant, les sigillées conservent encore quelques secrets.