L'argilite du Callovo-Oxfordien (COx) est sélectionné pour accueillir le futur stockage géologique profond des déchets radioactifs en France. La formation hôte pourra atteindre une température de 90 °C pendant la période de stockage. Les études antérieures sur les échantillons naturels a montré que le premier cycle thermique induit une compaction thermoplastique et un écrouissage de la surface de charge, de sorte que les chauffages ultérieurs n'entraînent plus de compaction. Afin d'évaluer l'impact thermique sur les propriétés thermomécaniques, des échantillons extraits après des expérimentations de chauffage in-situ jusqu'à 95 °C, ont été testés en laboratoire. Un essai isotrope drainé a été réalisé après resaturation sous un état de contrainte représentatif des conditions in-situ, en appliquant des chargements thermomécaniques combinés afin d'analyser leur interaction. L'essai a comporté quatre cycles thermiques (25–85 °C) alternant avec des cycles de déconfinement et de reconfinement (2–10 MPa). Une compaction a été observée dans le premier cycle thermique, indiquant l'échantillon présente un comportement similaire à celui des échantillons naturels. Après le cycle mécanique suivant, une dilatation irréversible est apparue pendant le déconfinement, avec une amplitude comparable à la compaction thermoplastique précédente. Les cycles thermiques ultérieurs ont de nouveau conduit à une compaction thermoplastique après les déconfinements mécaniques. Enfin, un dernier cycle thermique appliqué sans déconfinement préalable a révélé un comportement thermoélastique. Ces résultats mettent en évidence que le COx développe une expansion plastique pendant le déconfinement, ce qui induit un écrouissage négatif et permet un compactage thermoplastique pendant le cycle thermique suivant, tandis que le comportement du COx lors des cycles thermiques secondaires seront élastiques en raison du durcissement thermique. Cette interaction entre chargements thermiques et mécaniques souligne l'importance de prendre en compte les effets mécaniques liés à l'excavation et à l'extraction des échantillons lors des essais en laboratoire réalisés sur des matériaux préchauffés in-situ.