Cet article présente les travaux pour le projet interdisciplinaire GEMINAT (GéoConnaisances des milieux naturels) qui a pour but d'intégrer et d'exploiter des données environnementales hétérogènes par l'application du web sémantique. À partir d'un cas d'étude mené sur un observatoire environnemental basé à Chizé, nous résumons les besoins d'analyse spatio-temporelle des experts biologistes et écologues envers les bases de données de l'assolement et de la biodiversité. Nous montrons comment la mise en oeuvre d'un framework avec une ontologie spatio-temporelle jouant le rôle d'un médiateur sémantique peut résoudre les difficultés d'analyse et de maintenance qu'induisent ces systèmes, amenés à de constantes évolutions de leurs modèles. En particulier, la démonstration de la faisabilité d'un tel système est faite, et nous mesurons sa capacité à répondre à des requêtes complexes mêlant plusieurs sources de données et les dimensions spatiales et temporelles.