Le désir des fouilleurs de présenter le mobilier découvert est à l'origine de la réouverture du musée au public et donc de sa renaissance. Si la plupart des périodes sont représentées dans cette collection, plusieurs ensembles mobiliers ont un intérêt qui dépasse le niveau local. Trois périodes dominent :
Certaines parures remontent au néolithique ancien et le mobilier provient d'un habitat du néolithique moyen éponyme du faciès Cerny-Barbuise.
Il est représenté par un ensemble d'objets remarquables appartenant à une période allant du XIVe au IXe siècle avant J-C : de très nombreux objets en bronze (bracelets, épingles, appliques, pendentifs, rasoirs), plusieurs bijoux en or, des colliers et des bracelets constitués de perles d'ambre, des céramiques et un important matériel osseux (restes de faune et près de 150 squelettes humains). Une grande partie de ces objets proviennent du site de Frécul à Barbuise et à La Saulsotte (Aube). Ce site est considéré par les scientifiques comme le plus important d'Europe occidentale pour cette période de l'âge du bronze. Le musée bénéficie aussi d'un dépôt de disques phalères datant du IXe siècle avant J-C appartenant au Musée des Antiquités nationales de Saint-Germain-en- Laye.
Pour l’époque hallstattienne, il s'agit d'ensembles d'objets issus de plusieurs dépôts de bronziers, et, pour la période La Ténienne, d'objets provenant soit de différentes nécropoles, soit de l'important sanctuaire découvert près de Nogent-sur-Seine à La Villeneuve-au-Châtelot. La collection comprend des bijoux en bronze ou en fer, de très nombreux objets en fer (armes, éléments de harnachement), des céramiques, des monnaies (1 800 monnaies celtiques) et des vestiges osseux (près de 200 squelettes humains). Le mobilier appartenant à la période gallo-romaine provient essentiellement de la fouille du site de l'atelier de potiers de "La Poterie" à La Villeneuve- au- Châtelot et du sanctuaire celtique romanisé de cette même commune du nord-ouest aubois. La collection comprend de très nombreuses céramiques, près de 3 000 monnaies, des petits objets (fibules, statuettes, perles…).
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