Fiz um teste simples:crie 3 tabelas, uma para guardar os próprios dados com duas colunas, e o ID (int) e os dados (varchar[120]), outra tabela que usa o ID como chave estrangeira e uma última que usa os dados como chave estrangeira:
CREATE TABLE `dados` (
`id` int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`name` varchar(120) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_unicode_ci NOT NULL,
PRIMARY KEY (`id`),
UNIQUE KEY `name` (`name`) USING BTREE,
KEY `idx` (`id`,`name`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8;
CREATE TABLE `refINT` (
`id` int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`dado` int(10) unsigned NOT NULL,
PRIMARY KEY (`id`),
KEY `id` (`dado`),
CONSTRAINT `id` FOREIGN KEY (`dado`) REFERENCES `dados` (`id`) ON DELETE NO ACTION ON UPDATE NO ACTION
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8;
CREATE TABLE `refSTR` (
`id` int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`dado` varchar(120) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_unicode_ci NOT NULL,
PRIMARY KEY (`id`),
KEY `nome` (`dado`),
CONSTRAINT `nome` FOREIGN KEY (`dado`) REFERENCES `dados` (`name`) ON DELETE NO ACTION
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8 ROW_FORMAT=DYNAMIC;
Inseriu 100 registros em cada tabela e comparou o tamanho final da tabela:
dados: 192.0 KB
refINT: 32.0 KB
refSTR: 32.0 KB
Então eu acho que os dados NÃO são replicados na chave estrangeira varchar, bem, pelo menos na versão MySQL 5.1.