Sur le site de Saint-Denis, les enduits peints présentent une palette de couleurs riche d’informations. L’étude d’un choix de fragments représentatifs de l’ensemble des teintes a permis d’en identifier les pigments. La majorité des fragments analysés est associée à un bâtiment civil daté du IV^e siècle ou, pour quelques-uns, aux églises mérovingiennes Saint-Pierre et Saint-Barthélemy.

La technique analytique choisie, la microspectrométrie Raman, permet d’identifier de façon totalement non destructrive les grains de pigments dans les couches picturales, jusqu’à des dimensions micrométriques.

Pour le IV^e siècle, certains des pigments identifiés sont des produits d’une utilisation universelle : calcite blanche (carbonate de calcium), oxydes de fer jaunes (goethite) et rouges (hématite) provenant d’ocres ou de noirs de carbone.

Ces produits minéraux, naturels ou de fabrication simple (noir de suie ou de fumée), nécessitent pas, ou très peu, de préparation. Toutefois, les couches picturales déploient une grande richesse de teintes grâce aux combinaisons de ces produits.

Les teintes  rouges vont du rose au rouge orangé en jouant sur la proportion d’hématite et l’ajout de goethite. La magnétite, oxyde noir de fer, est identifiée dans les bruns-rouge et les marrons. La palette est enrichie d’un vert fourni par un pigment minéral naturel, une terre verte.

La couleur bleue est très largement rencontrée, toujours obtenue avec un seul pigment, le bleu égyptien. Ce pigment, silicate de cuivre et de calcium, est fabriqué par synthèse dès le III^e millénaire avant notre ère, à partir d’un mélange de cuivre (ou de l’un de ses dérivé), d’un sel de calcium et d’un composé siliceux, à une température voisine de 950°C. Il est omniprésent dans le monde méditerranéen antique, identifié par son spectre Raman. Sa teinte est modulée en bleu-vert par la goethite, en bleu sombre par le noir de carbone. Une bande brun clair résulte d’un mélange bleu égyptien/hématite/goethite.

À cette maîtrise des pigments, s’ajoute une technique picturale élaborée, avec des superpositions de teintes dont résultent des nuances subtiles liées à la transparence des couches picturales. Cette palette est en accord avec notre connaissance actuelle du monde gallo-romain.

Trois siècles plus tard, seuls des éléments de décor blancs, jaunes, rouges et noirs sont observés sur ce site. Les pigments sont les mêmes, avec une technique picturale plus simple : couches épaisses en aplats,  peu ou pas de mélanges de pigments.