Faits:
A. A.a A partir des années 1970, la Société des Produits Nestlé S.A. (ci-après: Nestlé), active dans le secteur alimentaire et ayant son siège à Vevey, a mis au point une capsule en aluminium enfermant une dose de café moulu qui, une fois insérée dans une machine à café, permet de réaliser une tasse de café sans manipuler la poudre. Nestlé a fait breveter cet objet. La société Nestlé Nespresso SA (ci-après: Nespresso), sise à Lausanne, a reçu la licence pour fabriquer et distribuer ces capsules (ci-après: les capsules Nespresso), qui connaissent un grand succès commercial.
Le brevet délivré par le Bureau fédéral de la propriété intellectuelle a été radié le 16 décembre 1996, à l'issue de la durée maximale de protection. Quant au brevet européen, il a été radié le 31 janvier 2005 après treize annuités.
A.b Le 28 juin 2000, Nestlé a déposé auprès de l'IFPI (Institut Fédéral de la Propriété Intellectuelle) une demande d'enregistrement de marque tridimensionnelle pour sa capsule. Cette marque a été inscrite le 15 juillet 2001 comme marque imposée dans le commerce. L'inscription a été renouvelée pour une nouvelle période de dix ans à partir du 29 juin 2010.
L'inscription de cette marque tridimensionnelle a été acceptée dans certains pays étrangers, mais refusée dans d'autres. Une demande de protection à titre de marque communautaire présentée devant l'Office européen d'harmonisation dans le marché intérieur s'est heurtée à un refus pour le motif que la marque n'avait pas acquis de caractère distinctif.
A.c Dès le 15 décembre 2010, la chaîne de magasins Denner SA a mis sur le marché des capsules de café concurrentes, produites par la société Alice Allison SA, et utilisables dans les machines destinées aux capsules Nespresso. Invoquant leur droit exclusif à la marque ainsi qu'une violation de la loi sur la concurrence déloyale, Nestlé et Nespresso ont saisi le Président du Tribunal de commerce de Saint-Gall d'une requête de mesures provisionnelles et superprovisionnelles. Par ordonnance superprovisionnelle du 10 janvier 2011, interdiction a été faite à Alice Allison SA et à Denner SA de distribuer ou commercialiser ces capsules concurrentes. Cette décision a été partiellement rapportée par ordonnance de mesures provisionnelles du 4 mars 2011; le Président du Tribunal de commerce saint-gallois a alors considéré que la marque ne pouvait pas être protégée, parce que la forme du produit était techniquement nécessaire.
Nestlé et Nespresso ont recouru au Tribunal fédéral. Par arrêt du 28 juin 2011, la cour de céans a annulé la décision attaquée et renvoyé la cause à l'autorité cantonale pour qu'elle mette en ?uvre une expertise sommaire (arrêt 4A_178/2011, publié in ATF 137 III 324).
A.d Au mois de février 2011, les sociétés Ethical Coffee Company SA et Ethical Coffee Company (Suisse) SA, toutes deux sises à Fribourg (ci-après : les sociétés ECC), ont mis en vente en Suisse d'autres capsules concurrentes, par l'intermédiaire de certains commerces appartenant au groupe Casino. Ces capsules ont cependant été retirées des magasins quelques jours après leur mise sur le marché. En septembre 2011, le groupe Media Markt a annoncé qu'il allait commercialiser les capsules des sociétés ECC, qui sont compatibles avec les machines à café utilisées pour les capsules Nespresso. Le 28 septembre 2011, ces capsules étaient en vente dans le magasin Media Markt de Crissier.
B. B.a Par requête de mesures provisionnelles et superprovisionnelles du 30 septembre 2011, Nestlé et Nespresso ont demandé au Juge délégué de la Cour civile du Tribunal cantonal vaudois d'interdire aux sociétés ECC et aux sociétés du groupe Media Markt de commercialiser les capsules des sociétés ECC. Par ordonnance de mesures superprovisionnelles rendue le même jour, soit le 30 septembre 2011, le Juge délégué a fait droit à la requête en interdisant aux sociétés intimées d'offrir, commercialiser, distribuer, vendre, promouvoir, exporter, entreposer ou utiliser de quelque autre manière dans le commerce les capsules de café des sociétés ECC correspondant à la forme des capsules Nespresso (chiffre I du dispositif), sous menace de la peine d'amende prévue par l'art. 292 CP (ch. II); il a par ailleurs astreint Nestlé et Nespresso à déposer des sûretés de 30'000 fr. pour assurer le paiement d'éventuels dommages-intérêts pouvant résulter des mesures ordonnées (ch. III).
Les sociétés ECC ont produit une expertise privée concluant que la forme des capsules répondait à une nécessité technique. Les parties requérantes ont fait entendre un de leurs employés qui a affirmé le contraire; elles ont également sollicité, à titre subsidiaire, la mise en ?uvre d'une expertise.
Par ordonnance sur mesures provisionnelles du 11 novembre 2011, envoyée pour notification le 16 décembre 2011, le Juge délégué de la Cour civile a confirmé les mesures ordonnées à titre superprovisionnel, tout en augmentant à deux millions de francs le montant des sûretés à fournir. Il a fixé aux parties requérantes un délai au 29 février 2012 pour déposer une demande au fond, sous peine de caducité des mesures provisionnelles. L'écriture en question a été déposée en temps utile.
B.b Les sociétés ECC ont interjeté un recours en matière civile auprès du Tribunal fédéral. Les sociétés du groupe Media Markt ont fait savoir qu'elles renonçaient à participer à la procédure de recours; elles avaient déjà informé Nestlé et Nespresso qu'elles renonçaient à commercialiser les capsules des sociétés ECC jusqu'à la fin de la procédure provisionnelle. Statuant par arrêt du 26 juin 2012, la cour de céans a admis le recours et renvoyé la cause au Juge délégué de la Cour civile vaudoise. Elle a en particulier considéré que le Juge délégué se devait de demander une expertise sommaire à un technicien indépendant avant de trancher la question controversée et décisive de savoir si la forme des capsules est techniquement nécessaire et, partant, si l'absence de validité de la marque est vraisemblable (arrêt 4A_36/2012, publié in sic! 2012 p. 627).
B.c Le 18 juillet 2012, les sociétés ECC ont requis le Juge délégué de lever avec effet immédiat l'ordonnance superprovisionnelle du 30 septembre 2011.
Le Juge délégué a rendu le 21 août 2012 une nouvelle ordonnance, qualifiée d'"ordonnance de mesures superprovisionnelles", dans la cause divisant désormais Nestlé et Nespresso d'une part, et les sociétés ECC d'autre part. Il a confirmé sa précédente décision de mesures superprovisionnelles du 30 septembre 2011 en tant qu'elle prononçait l'interdiction, sous menace de sanction pénale, de commercialiser les capsules des sociétés ECC (confirmation des ch. I et II du dispositif du 30 septembre 2011); en revanche, il a augmenté de 30'000 fr. à deux millions de francs le montant des sûretés à fournir par Nestlé et Nespresso.
C. Les sociétés ECC (les recourantes) interjettent un recours en matière civile, dans lequel elles concluent en toutes hypothèses à l'annulation de l'ordonnance du 21 août 2012. A titre principal, elles entendent faire constater que la décision superprovisionnelle du 30 septembre 2011 a définitivement cessé de déployer ses effets au plus tard le 16 décembre 2011, en raison de la décision sur mesures provisionnelles consécutive à l'audience du 11 novembre 2011. Subsidiairement, elles requièrent la levée de l'ordonnance superprovisionnelle du 30 septembre 2011, avec effet immédiat. Nestlé et Nespresso (les intimées) concluent au rejet du recours dans la mesure où il n'est pas irrecevable. Les deux parties ont par la suite déposé des observations supplémentaires.
Considérant en droit:
1. Les intimées contestent la recevabilité du recours à un double titre: l'exigence d'épuisement préalable des voies de droit cantonales ne serait pas satisfaite; en outre, la décision ne serait pas susceptible de causer un préjudice irréparable.
1.1 De l'avis des intimées, le présent recours est irrecevable dès lors qu'il est dirigé contre une décision de mesures superprovisionnelles à laquelle succédera nécessairement une ordonnance provisionnelle de l'autorité cantonale. Les recourantes soutiennent en revanche que l'ordonnance attaquée, nonobstant son intitulé, est en réalité une ordonnance de mesures provisionnelles qui, comme telle, est susceptible d'être déférée au Tribunal fédéral.
1.1.1 Les mesures superprovisionnelles sont rendues en cas d'urgence particulière; elles se distinguent des mesures provisionnelles (ordinaires) uniquement par le fait qu'elles sont rendues sans que la partie adverse soit entendue préalablement (art. 265 al. 1 CPC). Si le juge rend de telles mesures, il doit ensuite rapidement entendre la partie adverse et statuer sans délai sur la requête de mesures provisionnelles proprement dites (art. 265 al. 2 CPC). Il rend alors une décision sur mesures provisionnelles qui remplace la décision superprovisionnelle. Les mesures provisionnelles restent en principe en vigueur jusqu'à l'entrée en force de la décision au fond; elle peuvent toutefois être modifiées ou révoquées si les circonstances se sont modifiées après leur prononcé, ou s'il s'avère par la suite qu'elles sont injustifiées (art. 268 CPC).
Les mesures provisionnelles rendues par un tribunal de première instance peuvent être déférées à l'autorité cantonale supérieure par la voie de l'appel ou du recours stricto sensu (art. 308 al. 1 let. b et art. 319 let. a CPC); celles rendues par le tribunal supérieur, statuant sur recours ou comme instance cantonale unique, peuvent être portées devant le Tribunal fédéral par la voie du recours en matière civile ou du recours constitutionnel subsidiaire (art. 98 LTF). Les mesures superprovisionnelles ne sont en revanche pas susceptibles de recours, ni auprès de l'autorité cantonale supérieure lorsqu'elles émanent d'une autorité inférieure, ni auprès du Tribunal fédéral. L'exclusion de tout recours au Tribunal fédéral découle de l'obligation d'épuiser les voies de recours cantonales; la procédure provisionnelle doit être poursuivie devant l'autorité saisie afin d'obtenir le remplacement des mesures superprovisionnelles par des mesures provisionnelles. Au demeurant, cette exclusion du recours se justifie aussi par le fait que le requérant parviendra en principe plus rapidement à ses fins en continuant la procédure devant le juge saisi plutôt qu'en déposant un recours auprès d'une nouvelle autorité (ATF 137 III 417).
Lorsqu'un recours dirigé contre des mesures provisionnelles est admis, que la décision attaquée est annulée, et la cause renvoyée au juge précédent pour nouvelle décision, la procédure se trouve ramenée au stade où elle se trouvait juste avant que la décision annulée soit rendue, c'est-à-dire à un stade où les mesures superprovisionnelles sont encore en vigueur. L'annulation de la décision de mesures provisionnelles fait ainsi renaître les mesures superprovisionnelles (arrêt 4A_178/2011 précité consid. 4, non publié à l'ATF 137 III 324; apparemment contra LORENZA FERRARI HOFER, Discussions d'arrêts actuels, PJA 2012 p. 281 nn. 24-26).
1.1.2 Le juge à qui la cause est renvoyée doit à nouveau, et sans délai, statuer sur la requête de mesures provisionnelles proprement dites, et donc rendre une nouvelle décision de mesures provisionnelles (ordinaires) terminant en principe la procédure provisionnelle, sous réserve d'éléments nouveaux (art. 268 al. 1 CPC). Il se peut toutefois que le juge ne soit pas en mesure de statuer à bref délai, notamment lorsque, comme en l'espèce, il est tenu de requérir au préalable une expertise technique succincte. Dans une telle hypothèse, il lui appartient le cas échéant de statuer, au vu des éléments dont il dispose à ce stade, sur le maintien, la modification ou la suppression des mesures précédemment ordonnées à titre superprovisionnel, et ce, pour la durée restante de la procédure provisionnelle, jusqu'à ce qu'il ait réuni les éléments nécessaires pour se prononcer en principe définitivement sur les mesures provisionnelles requises (cf. arrêt 4A_178/2011 précité consid. 4).
Une telle décision, qui pourrait être qualifiée d'intermédiaire, a un caractère particulier. Elle intervient après l'audition des parties, mais avant que le juge statue sur la requête de mesures provisionnelles proprement dites et mette ainsi fin à la procédure provisionnelle, sous réserve d'éléments nouveaux. Cette décision intermédiaire ne restera pas en vigueur jusqu'à la décision au fond, mais devra être remplacée par une décision de mesures provisionnelles dès que le juge disposera des éléments nécessaires pour rendre une telle décision, ce qui pourra, selon les circonstances, prendre du temps. Se pose donc la question de savoir si la décision intermédiaire doit être assimilée à une décision de mesures provisionnelles ou à une décision de mesures superprovisionnelles; en dépend l'existence ou non d'une possibilité de recours.
Les mesures superprovisionnelles ont pour trait spécifique d'être rendues avant l'audition de la partie adverse, en cas d'urgence particulière; l'exclusion de toute voie de recours contre de telles mesures est notamment justifiée par le fait qu'elles sont censées avoir une durée très limitée et être remplacées à bref délai par des mesures provisionnelles attaquables. En conséquence, l'on ne saurait assimiler à une telle protection superprovisoire des mesures prononcées après audition des parties, et susceptibles de rester en vigueur durant un laps de temps important. En bref, lorsque le juge statue sur le sort des mesures superprovisionnelles réactivées par l'annulation d'une décision sur mesures provisionnelles et qu'il le fait à titre intermédiaire, pour la durée restante de la procédure provisionnelle, il rend une décision de mesures provisionnelles susceptible de recours.
1.2 De l'avis des intimées, la décision attaquée - de nature incidente - n'est pas susceptible de causer un préjudice irréparable au sens de l'art. 93 al. 1 let. a LTF, dès lors qu'elle n'est pas vouée à rester en vigueur jusqu'à la décision finale au fond, mais seulement jusqu'à la décision sur mesures provisionnelles, que le juge rendra dès réception du rapport d'expert.
La date à laquelle le juge pourra rendre une nouvelle décision fondée sur l'expertise requise et ainsi clore la procédure provisionnelle est inconnue; selon les circonstances, la procédure peut durer. Même si la décision au fond interviendra à une date plus tardive que la décision sur mesures provisionnelles, on ne discerne pas en quoi il y aurait une différence essentielle dans la nature des durées des deux procédures qui imposerait une interprétation différente de la notion de préjudice irréparable. Pour les motifs exposés par la cour de céans dans son arrêt du 26 juin 2012 (4A_36/2012 précité consid. 1.3), il y a lieu d'admettre un risque de préjudice irréparable découlant de la décision attaquée.
2. Lorsque le recours est dirigé contre une décision portant sur des mesures provisionnelles, ne préjugeant pas du sort de l'action au fond, seule peut être invoquée la violation de droits constitutionnels, en particulier l'interdiction de l'arbitraire (art. 9 Cst.) (art. 98 LTF; arrêt 4A_288/2012 du 9 octobre 2012 consid. 2.4, destiné à la publication). Le grief doit être expressément invoqué et précisément motivé (art. 106 al. 2 LTF; ATF 135 III 232 consid. 1.2).
Aucun fait nouveau ne peut être présenté en instance fédérale (art. 99 al. 1 LTF). Pour introduire de vrais ou de faux nova, il convient d'adresser une requête de modification au juge des mesures provisionnelles (art. 268 al. 1 CPC).
3. Les recourantes se plaignent tout d'abord d'une application arbitraire des art. 265 et 268 CPC. Elles soutiennent que les mesures superprovisionnelles ordonnées le 30 septembre 2011 sont définitivement tombées avec la décision provisionnelle du 11 novembre 2011; l'annulation de cette dernière décision par le Tribunal fédéral ne pouvait faire revivre des mesures superprovisionnelles déjà éteintes, de sorte que le juge ne pouvait les maintenir par la décision attaquée.
Cette opinion est erronée (cf. supra, consid. 1.1.1). Au demeurant, quand bien même les mesures superprovisionnelles auraient été définitivement annulées par l'ordonnance du 11 novembre 2011, il faudrait alors constater que par la décision attaquée, le juge a ordonné de nouvelles mesures provisionnelles. Les recourantes ne démontrent pas pour quel motif ces dernières seraient nulles.
4. Les recourantes reprochent ensuite au juge précédent d'avoir appliqué arbitrairement l'art. 261 al. 1 CPC en admettant que la marque de forme des intimées était vraisemblablement valable. Elles relèvent que la cour de céans a annulé les mesures provisionnelles du 11 novembre 2011 pour arbitraire, au motif que le juge avait tranché en faveur des intimées sans disposer d'éléments de preuve sérieux; en rendant la même décision que dans l'ordonnance annulée, alors que la situation demeurait inchangée et que l'expertise n'avait pas encore été ordonnée, l'autorité cantonale aurait versé dans l'arbitraire. Elle aurait également appliqué de façon arbitraire les règles sur le fardeau de la preuve quant à la validité de la marque.
4.1 A défaut d'éléments nouveaux, et en particulier avant le dépôt de l'expertise exigée par la cour de céans dans son arrêt du 26 juin 2012, le juge précédent ne pouvait pas rendre une nouvelle décision mettant fin à la procédure de mesures provisionnelles. Il ne l'a pas fait. Les recourantes perdent de vue que la décision attaquée est une décision intermédiaire, rendue sur la base des éléments disponibles à ce stade, éléments par définition insuffisants pour rendre une décision provisionnelle en principe définitive. Si l'ordonnance du 11 novembre 2011, favorable aux intimées, a dû être annulée en raison de l'insuffisance des éléments nécessaires pour trancher la requête de mesures provisionnelles proprement dites, cela n'implique pas nécessairement de priver les intimées de toute protection provisoire jusqu'à ce que puisse être rendue une décision réglant en principe définitivement le sort de la requête.
4.2 Celui qui requiert des mesures provisionnelles doit rendre vraisemblable qu'une prétention dont il est titulaire est l'objet d'une atteinte - ou risque de l'être -, et qu'il s'expose de ce fait à un préjudice difficilement réparable (art. 261 al. 1 CPC). Un fait est rendu vraisemblable si le juge, en se basant sur des éléments objectifs, a l'impression que le fait invoqué s'est produit, sans pour autant devoir exclure la possibilité qu'il ait pu se dérouler autrement (ATF 132 III 715 consid. 3.1 p. 720; 130 III 321 consid. 3.3 p. 325); le juge peut en outre se limiter à un examen sommaire des questions de droit (ATF 131 III 473 consid. 2.3 p. 476; 108 II 69 consid. 2a p. 72).
L'enregistrement d'une marque n'intervient que si l'IFPI n'a constaté aucun motif de nullité formel ou matériel (art. 30 de la loi fédérale du 28 août 1992 sur la protection des marques et des indications de provenance [LPM; RS 232.11]). Il n'est pas arbitraire d'en déduire que la marque est, de prime abord et à défaut d'autres éléments, vraisemblablement valable (cf. KAMEN TROLLER, Précis du droit suisse des biens immatériels, 2e éd. 2006, p. 421; EUGEN MARBACH, Schweizerisches Immaterialgüter- und Wettbewerbsrecht, vol. III/1, Markenrecht, 2e éd. 2009, p. 146 n. 475; voir aussi LUCAS DAVID, Die Bindung des Zivilrichters ans verwaltungsrechtliche Präjudiz, sic! 2012 p. 442). L'arrêt de la cour de céans du 26 juin 2012 retient dans ce sens qu'il appartenait aux recourantes de rendre vraisemblable que la marque des intimées ne pouvait pas être protégée (cf. ATF 132 III 83 consid. 3.2).
En l'espèce, le juge précédent a retenu dans la décision attaquée que rien n'entamait en l'état la vraisemblance de la validité de la marque. Les recourantes ne présentent pas de critique spécifique sur ce point et ne démontrent en particulier pas quels éléments ressortant du dossier impliquaient d'admettre la vraisemblance de l'invalidité de la marque.
Les recourantes insistent sur le fait que dans des procédures opposant les intimées à d'autres vendeurs de capsules à café, le juge des mesures provisionnelles n'a pas interdit la commercialisation. Il s'agit là pour partie de faits nouveaux irrecevables. Quoi qu'il en soit, le juge des mesures provisionnelles statue à l'aune de la simple vraisemblance et la cour de céans n'examine sa décision que sous l'angle restreint de l'arbitraire; le fait que des décisions divergentes aient pu être rendues dans des procédures similaires impliquant d'autres parties, au surplus pour des motifs inconnus, n'impliquerait pas que le grief d'arbitraire soit fondé. Quant au grief soulevé à propos du risque de confusion généré par la vente de capsules concurrentes, les recourantes se placent exclusivement sur le terrain de l'inégalité de traitement, sans soutenir ni démontrer - à supposer qu'elles puissent encore le faire à ce stade - que l'admission d'un tel risque relèverait d'une application arbitraire de la LPM.
5. Les recourantes se plaignent encore d'arbitraire dans l'application de l'art. 261 al. 1 let. b CPC. Elles reprochent au juge précédent d'avoir procédé à une appréciation arbitraire des intérêts en présence, en considérant à tort, et en porte-à-faux avec l'arrêt du 26 juin 2012, que la commercialisation des capsules entraînerait un préjudice irréparable pour les intimées, et supérieur au préjudice que les recourantes subiraient en cas d'interdiction de la commercialisation.
Les recourantes partent d'une fausse prémisse: il n'y a pas à opposer les préjudices auxquels les parties sont exposées pour décider s'il y a lieu d'interdire ou non la commercialisation d'un produit par voie de mesures provisionnelles. Encore une fois, ces mesures sont prononcées si la partie requérante rend vraisemblable qu'une prétention dont elle est titulaire est l'objet d'une atteinte ou risque de l'être (art. 261 al. 1 let. a CPC; art. 59 let. d LPM), et que cette atteinte risque de lui causer un préjudice difficilement réparable (art. 261 al. 1 let. b CPC). Il suffit que la partie requérante risque un préjudice difficilement réparable - élément dont les recourantes ne contestent pas en soi la réalisation; il n'est pas nécessaire que ce préjudice soit plus important ou plus vraisemblable que celui qu'encourrait la partie adverse au cas où les mesures requises seraient ordonnées. Au besoin, des sûretés peuvent être ordonnées pour protéger la partie adverse, ce qui a précisément été fait. Pour le surplus, les recourantes ne prétendent pas qu'une mesure moins incisive aurait pu et dû être prononcée. Elles ne critiquent pas le montant des sûretés requises.
6. Les recourantes, enfin, se plaignent d'une violation du droit d'être entendu pour cause de motivation insuffisante de la décision attaquée. Sous ce titre, elles reprennent des critiques déjà présentées sous l'angle de l'arbitraire, et rejetées. Il n'y a pas à entrer en matière.
7. Les recourantes succombent. En conséquence, elles supportent les frais et dépens de la présente procédure (art. 66 et 68 LTF).
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté dans la mesure où il est recevable.
2. Les frais judiciaires, arrêtés à 8'000 fr., sont mis à la charge des recourantes, solidairement entre elles.
3. Les recourantes sont condamnées solidairement à verser aux intimées, créancières solidaires, une indemnité de 9'000 fr. à titre de dépens.
4. Le présent arrêt est communiqué aux mandataires des parties et au Juge délégué de la Cour civile du Tribunal cantonal du canton de Vaud.
Lausanne, le 9 janvier 2013
Au nom de la Ire Cour de droit civil
du Tribunal fédéral suisse
La Présidente: Klett
La Greffière: Monti