Anass Sbai

Cyril Drocourt

Gilles Dequen

Encrypted data sharing using Proxy ReEncryption in smart grid

Keywords: Smart Grid, Cloud Computing, Security, Proxy Re-Encryption

In a rapidly changing territory, energy networks must be increasingly responsive and flexible. New models of multi-fluid management and energy production are being created and developed on national and international level. This involves the use, monitoring and supervision of many sensors that reports lot of data. This paper deals with the secure management of large amounts of data within the context of smart grid. We propose a solution based on proxy re-encryption designed primarily to allow decryption delegation, which allow a neat management of large amount of data while respecting the GDPR (General Data Protection Regulation) and security standards.

Introduction

The fight against global warming led to the emergence of new energy markets and great challenges. It involves the installation of a whole infrastructure and communication networks which requires a great deal of attention at the security level. In 2010, the discovery of the STUXNET virus [START_REF] Matrosov | Stuxnet under the microscope[END_REF] triggered debates on security in the energy industry. Standardization organisms and agencies were the first to be involved. The European Council entrusted the standardization organisms (CEN, CENELEC and ETSI) with the mandate M490 [2] to adopt security standards for smart grids. Various norms and security methods already existed, the challenge was how to make them combined and harmonized. CEN offers the Smart-Grid Architecture Model (SGAM) which gives a three-dimensional projection of the entire system in form of layers, areas, and domains. This conceptual representation allows to model the use cases, identify required standards and identify the gaps and standards needs. Thus we can focus on end to end security, from the component layer to the business layer. In the context of VERTPOM project, the goal is to deploy a decision support tool called BANK of ENERGY (BE) that help the transition to positive energy territories. Thus, by maintaining an optimized balance between the produced energy with regard to usage and energy storage means [START_REF] Boronat | Véritable énergie du territoire positif et modulaire[END_REF]. The energy networks must be more responsive, flexible, and thus foster interactions between market players. As illustrated in figure 1, the BE need the consumption data transmitted by smart meters via data concentrators and stored by the NEM (Network Energy Manager). Also production data handled by the EP (Energy Provider) and other data collected by sensors that could be stored and handled by an other NEM. In 2014, a compliance pack for smart meters which provides a regulation for personal data was proposed by the CNIL (Commission Nationale de l'Informatique et des Libertés) [START_REF]A compliance package for smart meters[END_REF]. To sum up, they define the consumption data, precisely the load curves, as the property of the consumer and above all as a sensitive data. From the CNIL's point of view, the provider could have access to theses data only if the consumer gives his consent, which is done in general via the contracts. For commercial prospecting, data processing or sales to subcontractors, the data must be anonymized. In this paper, we propose a novel approach to preserve privacy in the context of smart grids. Instead of anonymizing the data, we opted for an encrypted data storage in the cloud. Only data owners will be able to access the appropriate data and entities to which we have delegated decryption's right. For this purpose we use the concept of proxy re-encryption. In the next section we will present some related works, then we will detail our approach and show its compatibility with the CNIL's regulation. Finally, we will conclude with a discussion regarding the advantages and limitations of our solution.

Related Works

The main inconvenient of todays Cloud Storage Provider (CSP) solutions (e.g iCloud, OVH, GoogleDrive ... ), is that they are considered as an all-trusted part. Either the data are encrypted under a key known by the cloud or stored in plaintext. Several works aim to enforce confidentiality while allowing efficient data sharing. Starting with the broadcast encryption designed by Fiat [START_REF] Fiat | Broadcast encryption[END_REF]. Another similar approach was introduced by Sahai in 2005 [START_REF] Sahai | Fuzzy identity-based encryption[END_REF] which is Attribute Based Encryption. Inspired by [START_REF] Boneh | Identity-based encryption from the weil pairing[END_REF] system, their idea was to create a new type of IBE that they called fuzzy IBE to combine encryption and access control. But none of these solutions allow for a selective sharing. As an alternative to these solutions, we choose to use the proxy re-encryption(PRE). It allows the transformation of ciphers intended to Alice into new ciphers that can be decrypted by Bob. First appeared in 1998, it was designed by the trio BBS [START_REF] Blaze | Divertible protocols and atomic proxy cryptography[END_REF], where instead of recovering, decrypting then encrypting the data to bob, Alice generate a reencryption key and rely on a semi-trusted proxy to convert the ciphers using the key created by Alice. One of the drawbacks of their method is that the system is bidirectional. That is to say, if Alice delegate decryption rights to Bob, the latter would consequently delegate decryption rights to Alice. Y.Dodis [START_REF] Ivan | Proxy cryptography revisited[END_REF] formalizes the design of proxy re-encryption schemes by categorizing these systems in two types: unidirectional and bidirectional. In [START_REF] Jivanyan | Secure collaboration in public cloud storages[END_REF] proposes a cloud based solution for file sharing called SkyCryptor using PRE. The idea is to use a unique symmetric key for each file to be encrypted with AES and then encrypt the key with the asymmetric public key of the user generated thanks to the PRE algorithm. The solution is dedicated device and now marketed under the name of BeSafe. Each user's device have it's own key pair and the re-encryption is used to share the files between different devices or users. But above all, the users must install the BeSafe software and use it to encrypt the data. Instead, we proposed in [START_REF] Sbai | Pre as a service within smart grid cities[END_REF] the PREaaS which doesn't need any heavy client and which is more flexible, modular and transparent.

Our Contribution

PREaaS

In figure 1, we illustrate an architectural model for the BE, were it interacts with two NEMs and one EP. We can classify all entities into three main actors :

-Data producers : Devices generating data (sensors, smartmeters ...).

-Data owners : Entities that owns the data produced.

-Data consumers : Entities that need to use these data .

The idea is that the data produced must be encrypted before storage, in such a way that only the data owner (DO) could decrypt and delegate access rights to data consumers. The DO could retrieve the data directly from the CSP and DO's authentication would be preferable but not mandatory. Because, even if we give access to every one. Only the holder of the appropriate secret could decrypt it or entities to which the DO has delegated decryption rights. So, authentication will not add any warranty in terms of confidentiality but above all could be used by the CSPs to avoid DDos-attacks. There are several ways to implement such a mechanism, which we discussed in [START_REF] Sbai | Pre as a service within smart grid cities[END_REF]. To reduce the costs, instead of having each entity implementing a PRE, we proposed the PRE as a service. The PREaaS, has the advantage to manage only encrypted data and handle only public keys and Re-encryption keys. Even if CSPs or users are corrupted and collude with the PREaaS, it won't affect the confidentiality. This is guaranteed by careful choice on the algorithms used by the service. We assume that a shared secret exists between Data Owner (DO) and Data Producer (DP) which encrypt data. This secret will be encrypted by the DO's public key as any other KEM/DEM mechanism. This already exist and known as hybrid encryption, but the novelty as in SkyCryptor is that the asymmetric encryption scheme used will be a unidirectional proxy re-encryption scheme. That way, when the DC wants to access to some data that does not belong to him, the CSP will forward his request to the DO including the DC's public key. As a response, the data owner creates a re-encryption key and transmit it to the CSP. The latter calls the PREaaS to re-encrypt the corresponding cipher of the session key and send the encrypted data.

If we take over the CNIL's obligations, our solution is compatible and allows to have a real consent from an interface and not via contracts with pre-checked box. It can be proposed in addition to the anonymization solution, knowing that anonymization is a difficult task specially for dynamic databases.

Implementation

Many solution exist that implement PRE, like BeSafe presented later in the paper, but their main inconvenient is the need to install a software in the client side. We chose to use JavaScript as a core technologie, and thus to be executed in the client side directly by navigator or even mobile devices without any software and also in the server side thanks to NodeJs. For scalability and flexibility purpose, the PREaaS must allow the use of different PRE algorithm. We already implemented one of the most efficient unidirectional PRE which is Chow's algorithm. But the security of the scheme is still a concern where the security proof of the latter are based on random oracle. It is better to use schemes that are proven CCA-secure in the standard model. But all these schemes uses pairing based solution which is expensive in terms of computation. We proposed the first CCA-secure unidirectional PRE in the standard model without pairings in [START_REF] Sbai | Cca secure unidirectional pre with key pair in the standard model without pairings[END_REF] and present the result of its implementation below. Our scheme is based on the Cramer-Shoup encryption system which is by design CCA-secure in the standard model, while Chow's algorithm is based on ElGamal encryption scheme and rely on Schnorr signature to reach the CCA security. First we use a generic group with prime order length 3072-bit, and the second one using NIST Standard ECC p-256 [START_REF] Gueron | Fast prime field elliptic-curve cryptography with 256-bit primes[END_REF] thanks to SJCL [START_REF] Stark | Stanford javascript crypto library[END_REF]. Both correspond to the same security level that is 128-bit. For the tests we used a 2,5 GHz intel core i7, with 16 GB RAM. both algorithms. We can see that our scheme is more expensive than Chow's which is normal. If we take for example the key generation of our scheme, even before implementing it we can see that it will cost almost 3 times more than Chow's algorithm since we generate 7 elements for the secret key against 2 for Chow. The most important information that we must take into account, is that encryption and re-encryption functions consumes the most compared to keys generation and decryption. Practically, encrypt and key generation functions wont be so called. Generating re-encryption keys, depends on the number of delegations needed, but still not constraining in terms of time consuming. On the other side, re-encryption function is called for each new user, new delegation and changed session key. Having an independent service that do the re-encryption work is lightening.

Conclusion

In the context of smart grid we proposed the PREaaS to manage large data flows. However, data producers remain limited and constrained in terms of resources.

Fig. 1 .

 1 Fig.1. Architectural model for the Bank of energy.[START_REF] Sbai | Pre as a service within smart grid cities[END_REF]

Fig. 2 .

 2 Fig. 2. Tasks distribution between different environments

Fig. 3 .

 3 Fig. 3. Tasks distribution between different environments

Table 1 .

 1 Table 2. shows the time resources consumed by the different function of Computational efficiency of Chow and our algorithm in (ms)

	Chow Our schceme
	Function Fp Ecc Fp	Ecc
	KeyGen 515 68 1653 163
	ReKeyGen 502 48 2450 235
	Encrypt 1000 95 2313 216
	ReEncrypt 967 89 2372 229
	Decrypt 979 78 1649 137


Sbai Anass
email: anass.sbai@u-picardie.fr

Drocourt Cyril
email: cyril.drocourt@u-picardie.fr

Dequen Gilles
email: gilles.dequen@u-picardie.fr

PRE as a Service within Smart Grid City

Keywords: Smart-Grid, Cloud Computing, Proxy Re-encryption, Privacy, Confidentiality, Bank of Energy

ou non, émanant des établissements d'enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

INTRODUCTION

Demands in terms of energy continues to grow. Nevertheless, old sources of production (as nuclear, fossil ...) are less appreciated and tend to be abandoned due to the pollution that manufacturing causes. The use of renewable energy sources has become privileged and paramount. Thus, creating a new energy market becomes a great challenge for companies. A very neat management must be adapted, starting by the smart metering systems. This involves the installation of a whole infrastructure and communication networks including smart meters. This also requires a great deal of attention at the security level, whether it is to ensure the confidentiality of consumption data, integrity to avoid fraud or, above all, to be immune from attacks aimed at destabilizing production systems such as STUXNET [START_REF] Matrosov | Stuxnet under the microscope[END_REF] which target precisely the data related to a specific type of software such as SCADA. Finally this becomes a concern of national security. Recently, [START_REF] Ronen | Iot goes nuclear: Creating a zigbee chain reaction[END_REF] exploited a vulnerability in the ZLL protocol, allowing to inset a worm spreading quickly and invisibly on the network. Such a chain reaction could rattle a nuclear power station. Other interesting facts, [START_REF] Boronat | Vritable nergie du territoire positif et modulaire[END_REF] have shown that smart meters are capable of becoming surveillance devices, as long as an attacker can access the load curves stored or transmitted by smart meters. These data, can be used to identify all the devices connected to the electrical network such as the refrigerator, microwave etc. Thus, by making predictions about the energy consumed by different devices, see if there is a correlation between predictions and actual data, we can even guess what movie was viewed.

This paper deals with the secure management of large amounts of data within the context of the VERT-POM project. 1 The latter, currently being developed, consists in creating the energy bank, which is a tool dedicated to the territory energy management. It aims to maintain an optimized balance between the available energy from production (conventional and renewable energy) with regard to usage (consumption and losses), in connection with the energy storage means [START_REF] Boronat | Vritable nergie du territoire positif et modulaire[END_REF]. For this purpose, the energy bank uses prediction algorithms and simulations of energy production, consumption and losses on the various distribution systems. Thus the energy networks must be more responsive, flexible, and thus foster interactions between market players. These goals are partly achieved by collecting data on networks through remotely controllable sensors and devices. As shown in Fig 1, data needed by the energy bank for its smooth operation are sent back by the smart meters via the data concentrators to the servers of the network manager. Some data managed by the energy providers (EP) and other information coming from street (light sensors etc ...) are also sent to the BE. We will ensure that all the data, once produced will be encrypted and since, only the owner could ac- The paper is organized as follows: The next section is about the related works. We present our approach, implementation details and performances in section 3. Finally we conclude with discussion on our solution and present some perspectives.

RELATED WORKS

Cloud Storage

To date, cloud storage remains restrictive in terms of confidentiality. In fact, the best-known provider (e.g GoogleDrive, Dropbox, iCloud, pCloud, OVH ... ) do not ensure total confidentiality of their customers data. Either the data are encrypted under a key known by the cloud or stored in plaintext. Because these CSPs are considered as an all-trusted part. Several works exist that aim to protect privacy such as CryptDB [START_REF] Popa | Cryptdb: A practical encrypted relational dbms[END_REF] but still have some limitations. For example: it cannot be used for no-sql databases or file systems, and key management complexity increase with the number of users. ESPRESSO [START_REF] Kang | Espresso: An encryption as a service for cloud storage systems[END_REF] delivers an encryption service for CSP to maintain confidentiality. It uses only symmetric encryption and requires to trust a third party or the CSPs to ensure the encryption and key management. More closer to our context 2 Authentication issue is out of the scope of this paper [START_REF] Hasan | Encryption as a service for smart grid advanced metering infrastructure[END_REF] provides encryption schemes for smart grid AMI (Advanced Metering Infrastructure) based on symmetric encryption. In the latter case the trust remains a concern and none of these solutions allow data sharing. This issue is addressed by various solutions in the literature, starting with the broadcast encryption designed by [START_REF] Fiat | Broadcast encryption[END_REF]. Within this case, each user can access data independently from the others. This requires at the time of encryption the knowledge of who will have the privilege to access this data. Another similar approach was introduced by [START_REF] Sahai | Fuzzy identity-based encryption[END_REF] which is Attribute Based Encryption. Inspired by the work of D Boneh on the Identity Based Encryption schemes, their idea was to create a new type of IBE [START_REF] Boneh | Identity-based encryption from the weil pairing[END_REF] system that they called fuzzy IBE to combine encryption and access control.

In this case, access privileges are not addressed to a set of users but only to users with a specific number of attributes. Unfortunately, this does not allow for a selective sharing. As an alternative to these solutions, we choose to use the proxy re-encryption(PRE).

Thanks to this scheme, we will be able to delegate decryption rights to specific entities. We found out that it was used as a cloud based solution for file sharing called Skycryptor by [START_REF] Jivanyan | Secure collaboration in public cloud storages[END_REF]. Basically, the proposed solution uses a unique symmetric key for each file to be encrypted with AES and then encrypt the key with the asymmetric public key of the user generated thanks to the PRE algorithm.

The solution is a dedicated device software and is now marketed under the name of BeSafe. Each user's device has its own key pair and re-encryption is used to share files between different devices or users. But above all, the users must install the BeSafe software and use it to encrypt the data. The solution could be adapted to our problematic and used as a solution but a lot of changes need to be done. Instead, we propose the PREaaS which dosn't need any heavy client and which is more flexible, modular and transparent. We consider important to give definition and the state of art of the PRE so that the reader can better understand our choice of PRE as well as the rest of the paper.

Proxy Re-encryption

First appeared in 1998, it was designed by Blaze Bleum and Strauss [START_REF] Blaze | Divertible protocols and atomic proxy cryptography[END_REF] based on the asymetric encryption scheme ElGamal. They show that it's possible to incorporate a substitution key to re-encrypt an already encrypted message without compromising it. One of the drawbacks of their method is that the system is bidirectional. That is to say, if Alice delegate decryption rights to Bob, the latter would consequently delegate decryption rights to Alice. [START_REF] Ivan | Proxy cryptography revisited[END_REF] formalizes the design of proxy re-encryption schemes by categorizing these systems in two types: unidirectional and bidirectional.

Usually a PRE scheme can be defined as a tuple ζ : {Setup, KeyGen, ReKeyGen, ξ asym , ReEnc, Dec}.

Where :

• Setup(1 k ) = params : takes as input a security parameter k and generates the scheme parameters that define in general the recommended message and keys length.

• KeyGen(params) = (Pk, Sk) : is the function that generate the pair public/private key.

• RekeyGen(Sk a , Pk b ) = Rk a→b in the case of unidirectional PRE, it takes as input a's private key and b's public key to generate the re-encryption key.

• ξ asym PK (M) = C a is the encryption function.

• ReEnc(C a , Rk a→b ) = C b is the re-encryption function.

• Dec(C, Sk) = M is the decryption function.

In some cases we can find two more functions used for encryption and decryption in such a way that the cipher cannot be re-encrypted and only the owner of the private key can decrypt. [START_REF] Ateniese | Improved proxy re-encryption schemes with applications to secure distributed storage[END_REF] gives a more formal definition for PRE and defines concretely the properties such that :

• Unidirectional: Delegation of decryption rights from Alice to Bob does not allow Alice to decrypt Bob's cipher.

• Non-interactive: The re-encryption key can be generated by Alice without interacting with Bob, and thus using only Bob's public key.

• Transparent: Or invisible, meaning that the delegate can not distinguish between an encrypted message and a re-encrypted message.

• Key-optimal: The size of Bob's secret storage must remain unchanged, no matter how many delegations he accepts.

• Original access: The sender can decrypt any reencrypted message which he was originally the owner.

• Collusion-safe: If the proxy and Bob collude, they shouldn't get Alice's secret key.

• Non-transitive: The proxy can not re-delegate reencryption rights. (e.g from Rk a→b and Rk b→c the proxy can not calculate Rk a→c )

• Non-transferable: The proxy and delegates can not redefine decryption rights. (e.g from Rk a→b and Pk c and Sk b we can not calculate Rk a→c )

• Temporary: Bob can decipher the messages received from Alice only at a certain point in time.

PRE Security

Several works have been published concerning PRE security. The first functional system of an IBE-based PRE using pairing was proposed in (Green and Ateniese, 2007) by Ateniese. These works have been implemented and patented by the authors. [START_REF] Canetti | Chosen-ciphertext secure proxy re-encryption[END_REF] proposes the first bidirectional PRE CCA Secure, where he proves the security of his scheme using the UCS method (Universally Composable Security [START_REF] Canetti | Universally composable security: A new paradigm for cryptographic protocols[END_REF]) . In [START_REF] Deng | Chosen-ciphertext secure proxy re-encryption without pairings[END_REF], the authors tackle the open problem presented by Canetti concerning the construction of a CCA Secure PRE without pairing. The cost of calculation decreases and their construction also makes it possible to reduce the size of the secret at the level of the re-encryption, which was not the case in their earlier scheme. [START_REF] Ateniese | Keyprivate proxy re-encryption[END_REF] formalizes the notion of key privacy. It means that using the re-encryption key we cannot recover the identity of both the delegate and the delegator. Ateniese shows why the previous systems were not key-private and proposes a new re-encryption system considered as the first unidirectional PRE that is key private. Their construction is single-use CPA and not CCA Secure. [START_REF] Chow | Efficient unidirectional proxy re-encryption[END_REF] has demonstrated the possibility of conducting a CCA attack on the Shao system [START_REF] Shao | Cca-secure proxy reencryption without pairings[END_REF] and shows how to fix the issue. This leads to reduce the performance of the scheme. They then proposed their own scheme without using pairing and relying only on elGamal and the Shnorr signature. The system is unidirectional CCA Secure in the random oracle model.

OUR CONTRIBUTION

Architecture

If we review the global system, there are three main actors in addition to the Cloud Storage Provider (CSP3 ) as illustrated in Fig. 2 (according to [START_REF] Nuñez | Proxy reencryption: Analysis of constructions and its application to secure access delegation[END_REF]):

• Data Producers: In our case it contains all the sensors, meters and devices generating data which has to be encrypted before storage.

• Data Owners: Party who is entitled to access their data and also those who can grant access to data.

• Data Consumers: Access with the permission of data owners to the shared information through the CSP. Mainly the BE, and other entities like the NEM.

We assume that a shared secret exists between Data Owner (DO) and Data Producer (DP) which where the shared secret (eg. the session key 'K') is used to encrypt data with symmetric encryption and then encapsulated within the cipher of the session key generated by the DP using asymmetric encryption of PRE. The result is sent to be stored in the cloud. When the data needs to be shared with Data Consumers (DC), the DO creates a re-encryption key and transfers it to the PRE. This one will re-encrypt them using the corresponding re-encryption keys and forward it to the recipient. Finally, the data can be consumed by DC.

3.1.1 Nave Approach (Fig. 3) Our first intuition is to put the PRE as a proxy server in the BE side. BE will send requests with its public key to the different entities passing by the PRE to retrieve the needed data. The corresponding entities should generate re-encryption keys if it belongs to owner's domain, or on the other hand should send the public key of BE to the DOs to generate them. Thus the PRE could re-encrypt the data for the BE to be treated properly, the corresponding keys (public key and its re-encryption key) will then be stored for forthcoming operations. The re-encryption procedure can be very expensive. In addition to key management issues, having only one proxy to do it can generate delays. It wouldn't be possible as well to share data between EPs and NEMs.

3.1.2 Second Approach (Fig. 4) Our second intuition is that the use of Proxy in each cloud could be more appropriate than the first approach. It allows the NEM and EP to share data with each other and relieve the bank from doing all the work. Thus, each entity will manage their own keys, re-encrypt the needed data and transfer it to the recipient as illustrated in Fig. 3. Nevertheless, it still takes a long time for re-encryption due to its nature. Also, in a more general case there can be NEMs and EPs at a time. Then, it will be more complicated if every entity is forced to have their own PRE and manage a large data flow.

3.1.3 PRE as a Service Approach (Fig. 5) Our final intuition is to propose the PRE as a service for data sharing in multi-cloud systems. Data flows already exist, and instead of NEM providing informations to the EPs, it will be enough to refer to PREaaS rather than to EPs. The potential of cloud computing would take charge of re-encryption time consumption. Our solution can be considered as a part of Security As A Service (SECaaS). Our PREaaS, has the advantage to manage only encrypted data and key management handle only public keys and Re-encryption keys. It does not affect under no circumstances the confidentiality, even if CSPs or users are corrupted and collude with the PREaaS. This is guaranteed by careful choice on the algorithms used by the service.

Implementation

In this section we present the algorithm used for PRE, implementation environment and the resulting performance. The algorithm used is the newest version of Chow's algorithm [START_REF] Chow | Efficient unidirectional proxy re-encryption[END_REF]. We chose it owing to its efficiency which is due to the fact that it does not need pairings. Thanks to this survey [START_REF] Qin | A survey of proxy re-encryption for secure data sharing in cloud computing[END_REF], we can see the computational comparison of PRE schemes. By keeping only the schemes that are CCA secure we can conclude that Chow's algorithm is the more efficient among them. In [START_REF] Selvi | A provably-secure unidirectional proxy re-encryption scheme without pairing in the random oracle model[END_REF] the authors find a flaw in the security proof of Chow's construction and propose to fix it by incorporating additional information to the existing Encrypt algorithm along with ciphertext validity checks in both the Re-Encrypt and the Decrypt algorithm. Most importantly the scheme is unidirectional, collision resistant and CCA secure in the random oracle model. Two implementations were made. First we use a generic group with prime order length 3072-bit, and the second one using NIST Standard ECC p-256 [START_REF] Gueron | Fast prime field ellipticcurve cryptography with 256-bit primes[END_REF] thanks to SJCL (Standford Javascript Crypto Library) [START_REF] Stark | Stanford javascript crypto library[END_REF]. Both correspond to the same security level that is 128bit. We give a formal version of the Chow's algorithm with ECC below :

• Setup(1 k ): for 128-bit, choose a prime p of 256-bit length and an elliptic curve E F p such that a = p -3. G = (x G , y G ), a point on the curve, known as the base point with order n. The elliptic curve equation is then : y 2 = x 3 -3x + b mod (p). (You can find the exact values of NIST p-256 curve parameters in [START_REF] Gueron | Fast prime field ellipticcurve cryptography with 256-bit primes[END_REF]). Choose five hash functions:

H 1 : {0, 1} l 0 × {0, 1} l 1 → Z * p , H 2 : E F p → {0, 1} l 0 +l 1 , H 3 : {0, 1} * → Z * p , H 4 : E F p → Z * p , H 5 : E F 4 p × {0, 1} l 0 +l 1 → E F p . The message space M is {0, 1} l 0 , where l 0 = l 1 = k. params = (p, E F p , G, H 1 , H 2 , H 3 , H 4 , l 0 , l 1 ).
• KeyGen(params):

-Pick x a,1 , x a,2 $ ← -Z * p . -Compute Pk a,1 = x a,1 .G , Pk a,2 = x a,2 .G -Return Sk a =(x a,1 , x a,2 ) & Pk a =(Pk a,1 , Pk a,2 ).
• RekeyGen(Sk a , Pk a , Pk b ):

-Pick h $ ← -{0, 1} l 0 , π $ ← -{0, 1} l 1 . -Compute v = H 1 (h, π),V = v.Pk b,2 and W = H 2 (v.G) ⊕ (h||π).
-Define rk = h x a,1 H 4 (Pk a,2 ) + x a,2 -Return Rk a→b = (rk,V,W ).

• ξ asym Pk a (m): (Transformed CipherText)

-Pick u $ ← -Z * p , w $ ← -{0, 1} l 1 . -Compute D = u.[(H 4 (Pk b,2 ).Pk a,1 ) * Pk a,2 ] , r = H 1 (m, w) & E = r.[(H 4 (Pk b,2 ).Pk a,1 ) * Pk a,2 ]. -Compute F = H 2 (r.G) ⊕ (m||w). -Compute D = u.H 5 (Pk a,1 , Pk a,2 , D, E, F) & E = r.H 5 (Pk a,1 , Pk a,2 , D, E, F). -Compute s = u + r × H 3 (D, E, F) mod(p). -Return C a = (D, E, F, s). • ReEnc(C a ,
-Compute (h||π) = W ⊕ H 2 ( 1 Sk a,2 .V ).
-

Extract (m||w) = F ⊕ H 2 ( 1 h .E ).
-If : V =H 1 (h, π).Pk a,2 and E =(h × H 1 (m, w)).G return m , else return +.

We chose to use JavaScript as a core technology. And thus to be executed in the client side directly by navigator or even mobile devices without any software and also in the server side, thanks to Nodejs. For the tests we used a 2,5 GHz intel core i7, with 16 GB RAM.

Table 2. shows the time resources consumed by the different functions of Chow's algorithm for both An API will be developed which will act as the gateway to our service functionalities. This API does not manage any sensible data. The only concern is to prevent from DDos attacks, then a simple API key mechanism can be used as API authentication to identify the API user and the API consumers [START_REF] Tang | Multifactor web api security for securing mobile cloud[END_REF]. As an illustration we provide a concrete example of data flow in Fig. 9. It includes one NEM, one client, the BE and the PREaaS. If we take into consideration all the process from registration until data consuming, then there will be 8 steps:

Data Flow

• 1: Registration of the NEM (who plays the role of the CSP) with PREaaS. • 2: Notify the BE that a new NEM has been added.

• 3: Sending a sharing request to access the needed Data by the BE . • 4, 5: PREaaS receive and forward the sharing request by sending the BE's public key to the NEM which will send it to the client with an access request.

• 6: The client creates and transfers the reencryption key to the NEM.

• 7: NEM authenticate with the PREaaS and return the encrypted data.

• 8: PREaaS re-encrypts the corresponding data with the key received and transfers it to the BE to be consumed.

In the case of an "automatic or predefined" sharing between the NEM and the BE, the PREaaS receives by default the new data produced from the CSP which will involve only two steps (7,8) and as soon as there is a new customer it will be asked by the NEM to create a re-encryption key that will be returned to PREaaS and added to its directory (5,6,7,8).

CONCLUSIONS

In this paper we present an original approach, which is PRE as a Service with it application to smartgrid cities. The PREaaS could be used in a more general context and applied to different scenarios. We implemented a prototype that use the Chow algorithm and evaluate the performances. We will see if it would be more appropriate to instantiate them in different manners e.g with HMAC. Which was proved to be more secure in different schemes. The PREaaS will allow the use of different PRE algorithm in future such as BBS with ephemeral keys, Ateniese scheme... And thus for scalability and flexibility purpose. As a part of the VERTPOM's project, we will work on authentication issues in multi cloud systems which we haven't treated in this work. Our future research will be focused on the security analysis of PRE, mainly on the instantiation of random oracle and its effect on the PRE schemes.

Figure 1 :

 1 Figure 1: Architectural model for the Bank of energy.

Figure 2 :

 2 Figure 2: Main actors in a data sharing scenario. encrypt data. Our system uses the KEM/DEM technique (ξ asym PK (K) ξ sym K (M))where the shared secret (eg. the session key 'K') is used to encrypt data with symmetric encryption and then encapsulated within the cipher of the session key generated by the DP using asymmetric encryption of PRE. The result is sent to be stored in the cloud. When the data needs to be shared with Data Consumers (DC), the DO creates a re-encryption key and transfers it to the PRE. This one will re-encrypt them using the corresponding re-encryption keys and forward it to the recipient. Finally, the data can be consumed by DC.

Figure 3 :

 3 Figure 3: Proxy Re-Encryption as a Service.

Figure 4 :

 4 Figure 4: Second approach: PRE used by each entity.

Figure 5 :

 5 Figure 5: Proxy Re-Encryption as a Service.

  Pk a , Pk b , Rk a→b ): -Compute D and D: D = s.[(H 4 (Pk b,2).Pk a,1 )*Pk a,2 ]* (H 3 (E, E, F).E) -1 D = (s.H 5 (Pk a,1 , Pk a,2 , D, E, F))* (H 3 (E, E, F).E) -1 = u.[H 5 (Pk a,1 , Pk a,2 , D, E, F)] -Check if: s.[(H 4 (Pk b,2 ).Pk a,1 )*Pk a,2 ]=D*(H 3 (E, E, F).E) (1) s.[H 5 (Pk a,1 , Pk a,2 , D, E, F)]=D*(H 3 (E, E, F).E) (2) -If the above check fail return +. Else, compute E = E rk = (r × h).G -Return C b = (E , F,V,W ).• Dec(C a , Pk a , Sk a ): (Original CipherText) -Compute D and D. Then check if (1) & (2) holds. -If the condition hold, compute (m||w) = F ⊕ H 2 ( 1 x a,1 H 4 (Pk a,2 + x a,2 ) .E) -If : E = H 1 (m, w).[(H 4 (Pk b,2 ).Pk a,1 )*Pk a,2 ] and E = H 1 (m, w).[H 5 (Pk a,1 , Pk a,2 , D, E, F)] return m , else return +.

Figure 6 :

 6 Figure 6: Tasks distribution between different environments.

Figure 7 :

 7 Figure 7: Interactions between DO, CSP and DP.

Figure 7

 7 Figure 7 is about, in the first part the initialization process between a DO, DP and a CSP. Which consists in:

Figure 8 :

 8 Figure 8: Interactions between DO, CSP and DC.

Figure 8 ,

 8 Figure8, describes the sharing process between the DO and DC. The dotted arrows mean that the requests are transmitted indirectly passing by the PREaaS. The latter will at first demand access to the needed data. The CSP will forward the demand to the DO with the DC public key. As a response he creates a reencryption Key and transmits it to the CSP. This one calls the PREaaS to re-encrypt the corresponding cipher of the session key and send the needed encrypted data.As an illustration we provide a concrete example of data flow in Fig.9. It includes one NEM, one client, the BE and the PREaaS. If we take into consideration all the process from registration until data consuming, then there will be 8 steps:• 1: Registration of the NEM (who plays the role of the CSP) with PREaaS. • 2: Notify the BE that a new NEM has been added.

Figure 9 :

 9 Figure 9: Data Flow.

Table 1 :

 1 The terms defined below will be used in the rest of the paper.

	Term	Definition
	BE	Bank of Energy
	NEM	Network Energy Manager
	EP	Energy Provider
	Alice, a	Sender/Delegator
	Bob, b	Receiver/Delegate
	Pk a	Public Key of a
	Sk a	Private Key of a
	Rk a→b	Re-encryption Key from a to b
	PRE	Proxy Re-Encryption
	CSP	Cloud Service Provider
	DO	Data Owner
	DP	Data Producer
	DC	Data Consumer
	KEM	Key Encapsulation Mechanism
	DEM	Data Encapsulation Mechanism
	CCA	Chosen Ciphertext Attack
	CPA	Chosen Plaintext Attack
	ξ ξ	asym PK sym K	Asymmetric Encryption using PK Symmetric Encryption using K
	IBE	Identity Based Encryption
	ES4AM

Table 2 :

 2 Computational efficiency ofChow algorithm in (ms). We can see that encryption and reencryption functions consume the most compared to keys generation and decryption. Practically, encrypt and key generation functions wont be often called. Generating re-encryption keys, depends on the number of delegations needed. But, still not constraining in terms of time consumption. On the other side, reencryption function is called for each new user, new delegation and changed session key. Having an independent service that does the re-encryption work is lightening.

	Function	F p	ECC
	KeyGen	515	68
	ReKeyGen 502	48
	Encrypt	1000	95
	ReEncrypt	967	89
	Decrypt	979	78
	implementations.

This work is supported by the Future Investments Program operated by ADEME.

The CSP in our use case could be a NEM client, NEM city or an EP.


les localisations dans les maladies du cerveau et

en public explique certains échecs lors de ses premières tentatives pour l'obtention de l'internat et l'agrégation, un trait que l'on retrouve chez Claude Bernard. Dès 1852, il est admis à la Société anatomique et débute son internat dans le service de médecine générale d 'Eugène Cazalis (1808-1883), médecin-chef à la Salpêtrière, plus précisément à l'hospice de la Vieillesse-Femmes. Docteur en médecine en 1853, Charcot est nommé en 1856 médecin des hôpitaux de Paris, puis, à partir de 1862, il exerce en tant que médecin-chef pendant huit années dans la division Pariset de médecine générale (500 lits) dédiée aux infirmes « incurables », et souvent âgées, de l'hospice. Il officiera à la Salpêtrière pendant toute sa carrière, jusqu'à sa disparition. Il décède brutalement le 16 août 1893 à Montsauche-les-Settons dans la Nièvre, au cours d'un voyage à Vézelay.

Un médecin bernardien

Charcot fut un médecin de renommée internationale célèbre pour ses travaux sur les maladies de la moelle épinière dont il décrivit deux entités importantes, la sclérose en plaques -en collaboration avec son ami et collègue d'internat Alfred Vulpian (1826-1887)et la maladie dite de Charcot, ou sclérose latérale amyotrophique. Il s'était antérieurement fait connaître pour ses travaux sur les maladies chroniques des vieillards. D'abord réservé quant à la question de la spécialisation médicale, il la défendit pour la création de sa chaire des maladies nerveuses, appuyé par la Chambre des députés, et contre l'avis de la faculté de médecine. Cette nouvelle chaire contribua à l'individualisation de la psychologie clinique et de la psychiatrie clinique, parallèlement à l'aliénisme. Les contributions de Charcot à ces deux disciplines furent reprises par Pierre Janet (1859-1947) et Sigmund Freud (1856-1939). Parmi ses maîtres, Pierre-Alphonse Piorry (1794-1879) et surtout Pierre Rayer (1793-1867) -qui lui facilita la création d'une clientèle privée -eurent une influence décisive, en raison, surtout, du rôle de ce dernier dans le rapprochement de la médecine et de la physiologie dans le cadre de la Société de biologie. Rayer fut le président fondateur de cette société à laquelle il nomma son élève, le physiologiste Claude Bernard, premier vice-président, poste que Charcot occupera à partir de 1876.

Le monde médical parisien des années 1850 dans lequel le jeune Charcot débuta sa carrière était en effet caractérisé par l'essor de la physiologie expérimentale au Collège de France, par les débuts de la microscopie médicale dans des cours privés et par les débats de la nouvelle Société de biologie. Outre-Rhin, on assistait à l'essor de la pathologie cellulaire de Rudolf Virchow (1821-1902) appliquant la microscopie et la théorie cellulaire à la médecine. Charcot fut réceptif à l'essor progressif de cette nouvelle « médecine scientifique » en France et s'intéressa de près à la littérature de langue allemande, comme Claude Bernard et ses élèves. De nature introvertie, Charcot avait une grande culture, des dons en dessin et une connaissance de toutes les principales langues européennes, ce qu'il mit à profit dans son travail. Il pouvait lire et mettre en fiches très consciencieusement la littérature médicale de tous les principaux pays d'Europe. Ce savoir médical encyclopédique lui permit de faire de nombreux rapprochements pour caractériser, parfois avec erreur, certaines maladies.

L'un des premiers travaux de Charcot fut sa thèse de 1853 dirigée par Piorry et qui fut unanimement appréciée. Il y démontra que les déformations caractéristiques de ses patientes atteintes d'un « rhumatisme articulaire chronique » étaient symétriques et fréquemment limitées aux mains, tandis que les déformations liées à la goutte présentaient à l'autopsie dans les articulations des dépôts microscopiques de cristaux d'urate de sodium. En 1862, Charcot établit avec son collègue d'étude Pierre Potain (1825Potain ( -1901) ) un petit laboratoire de recherche microscopique et un cabinet ophtalmologique pour les fonds d'oeil. Il développa aussi l'usage du marteau à réflexes et la thermométrie. Cela lui permit de caractériser des déficits physiologiques de régulation de la température chez les sujets âgés et aussi d'établir les pronostics de certaines pathologies. Charcot développa ainsi l'usage d'instruments en médecine pour l'analyse clinique et biologique des patientes, puis la microscopie pour les analyses post-mortem. En tentant de relier clinique et autopsie microscopique, Charcot opta pour ce qu'on appelle le « tournant étiologique », c'est-à-dire une orientation méthodologique consistant à utiliser les techniques de laboratoire pour découvrir les mécanismes de production des lésions et des symptômes des maladies. Charcot rechercha ainsi, par exemple, l'étiologie de la goutte, des hémorragies cérébrales du vieillard, du ramollissement cérébral non inflammatoire, de la migration des caillots artériels et veineux, de l'ischémie artérielle, de la sclérose en plaques et de la sclérose latérale amyotrophique.

La place essentielle de l'observation en clinique neurologique

Charcot a su tirer le meilleur parti de ses conditions de travail à la Salpêtrière en pouvant suivre ses patientes de leur entrée à l'hospice jusqu'à leur décès souvent plusieurs années plus tard, alors que cela n'était généralement pas possible dans les hôpitaux. C'est dans ce service qu'il établit, avec parfois la collaboration de son ami d'internat Alfred Vulpian, sa méthode de travail de suivi de patientes atteintes de maladies chroniques peu étudiées précédemment. Entre l'épisode clinique initial au moment de l'internement des patientes et leur « terminaison fatale » avec autopsie, Charcot notait pour chacune toutes les phases d'évolution des pathologies. C'est ainsi qu'il tentait de corréler les lésions observées à l'autopsie au suivi clinique.

Avec le plus grand soin, mais à distance, en costume et chapeau haut de forme, il faisait venir ses patientes dans son cabinet et les observait, alors que l'usage voulait que le médecin consultât au lit des malades. Après une longue observation silencieuse, il reproduisait certains traits, postures ou mouvements par des croquis puis, plus tard, avec ses assistants, par la photographie et le film.

À la Salpêtrière, ce fut tout d'abord le médecin Guillaume Duchenne de Boulogne (1806-1875), collaborateur de Charcot, qui introduisit la photographie et qui l'utilisa pour deux livres qu'il publia en 1862. Charcot chargea son interne Désiré-Magloire Bourneville (1840-1909) de prendre des clichés photographiques de ses patientes de 1868 à 1879. À partir de 1875, un autre interne de Charcot, Paul Regnard (1850-1927), expert en photographie, seconda Bourneville, ce qui permit la fondation à Paris d'une deuxième revue de photographie médicale, L'Iconographie photographique de La Salpêtrière (1876-1880), après la Revue photographique des Hôpitaux de Paris (1869-1872). Par ces succès, Charcot obtint finalement l'agrément et le financement officiel de son service photographique en 1878. Albert Londe , un interne chimiste de Charcot, pionnier innovant de la photographie et membre de la Société française de photographie, assurera sa direction à partir de 1884. Londe créa des appareils électriques à prises séquentielles très rapides qui permirent de fixer les comportements des patientes épileptiques, hystériques ou simplement atteintes de tremblements, pour décomposer leurs mouvements et archiver leurs descriptions objectives. Toutefois, ces séances photographiques, à l'instar des démonstrations publiques, créèrent des entités cliniques subjectives parce que la pause photographique engendrait une suggestion chez les patientes hystériques.

Charcot décrivit par différentes autres techniques, dont l'inscription graphique, des types de mouvements anormaux comme le tremblement au repos dans la maladie de Parkinson, le tremblement lors du mouvement volontaire dans la sclérose en plaques ou le « tremblement sénile ». C'est de la même manière qu'il décrivit le comportement des hystériques et qu'il chercha à les interpréter, sans succès, comme les signes cliniques d'une maladie neurologique, finalement sans lésion caractéristique.

Charcot se fit aussi connaître et demeura célèbre pour avoir fondé une nouvelle médecine clinique des maladies musculaires et nerveuses avec l'aide de Duchenne de Boulogne, qui s'était formé à l'usage d'électrodes médicales en tant que médecin électrothérapeute pour le diagnostic de déficits de force musculaire et de paralysies dans les myopathies.

La place de l'expérimentation animale en médecine

Suivant la logique bernardienne, Charcot fut amené à développer en laboratoire certaines études de pathologie expérimentale sur l'animal pour comprendre l'origine des lésions faisant suite à l'inhalation de poussières ou à une intoxication au plomb. Mais sa sensibilité pour la condition animale explique son peu d'intérêt pour ces expériences et surtout la vivisection.

Si Charcot considérait bien la physiologie expérimentale comme la pierre angulaire de la biologie et la véritable base scientifique de la médecine, il excluait néanmoins qu'elle puisse définir à elle seule les entités pathologiques sur un animal lésé ou intoxiqué. Pour lui, le médecin devait toujours nécessairement partir de la clinique pour définir les classes nosographiques (les maladies). La recherche expérimentale sur l'animal avait alors pour but exclusif de reproduire certains traits des maladies humaines sur l'animal en vue d'en proposer des mécanismes pathologiques.

Cette conception de la maladie apparaît aujourd'hui correcte, mais elle rencontra les critiques de Claude Bernard. Ce dernier entendait que la physiologie soit non seulement la base essentielle de la médecine scientifique, mais qu'elle soit aussi à même de définir tôt ou tard chaque pathologie par des troubles physiologiques spécifiques. Si certaines pathologies dont l'étiologie est simple peuvent suivre ce schéma, les pathologies dégénératives complexes comme les maladies neurologiques requièrent la prudence de la conception de Charcot, même si ce dernier se montra également ouvert à d'autres conceptions de la maladie -ainsi son intérêt pour les expériences de vaccination de Louis Pasteur et la défense de ses travaux à l'Académie de médecine.

Le théâtre des consultations et la gloire de Charcot

Charcot fut aussi un grand pédagogue lors de ses leçons cliniques du vendredi matin en amphithéâtre, très préparées autant dans leur contenu que dans leur exposition orale affranchie de la lecture. Malgré sa timidité, après la démonstration effectuée sur le cas d'une patiente, Charcot n'hésitait pas à mimer celle-ci, à dessiner au tableau noir des schémas anatomiques, et à commenter parfois des projections de photographies de son service. Le théâtre de ces leçons du vendredi était bien, à n'en pas douter, une forme de pédagogie.

Une tout autre forme de pédagogie présidait aux leçons du mardi, selon une distinction qu'on retrouve chez Claude Bernard entre ses cours dogmatiques en Sorbonne et ceux, plus libres, au Collège de France, dévoilant la « science en marche ». Charcot présentait alors quelques cas choisis de patientes qu'il présentait publiquement en consultation externe afin de montrer l'art du diagnostic en direct et celui de la thérapeutique, tout en discutant de certaines idées générales personnelles. L'assistance publique lui avait même permis d'ouvrir des lits supplémentaires pour cette nouvelle forme d'enseignement très appréciée et qui donna lieu à des publications, même si elle fut aussi comparée à un théâtre grossier lorsque Charcot suscitait par suggestion des crises d'hystérie chez ses patientes au cours de ces séances.

Les consultations externes privées ou publiques de Charcot lui valurent des sollicitations médicales de la part de personnalités de notoriété internationale, comme l'empereur du Brésil, la reine d'Espagne et certains grands-ducs de Russie. Ne se mêlant pas de politique, mais ami à la fois de Gambetta et du grand-duc Nicolas de Russie, il organisa cependant à leur demande une entrevue non officielle dans sa villa de Neuilly-sur-Seine, ce qui peut être mis en parallèle des actions de Louis Pasteur dans les relations France-Russie. Charcot accepta aussi des invitations à l'étranger pour des conférences. Il fréquenta ainsi toute l'Europe y compris la Russie, mais aussi l'Afrique du Nord, et participa régulièrement aux congrès de la British Medical Association.

Son enseignement eut également un vif succès international qui attira nombre d'élèves étrangers dans son service, parmi lesquels le Russe Vladimir Bechterev, le Roumain Georges Marinesco, le Viennois Sigmund Freud... À la fin de sa carrière, au sommet de sa gloire, célébré au Congrès international de médecine de Londres de 1881, Charcot avait acquis une fortune colossale en plus de celle de son épouse. Il put acquérir l'hôtel particulier parisien de Varengeville, au 217 boulevard Saint-Germain à Paris. Il y recevait ses élèves et certaines célébrités. À sa mort, ses élèves et collègues étrangers contribuèrent pour moitié à la somme collectée de la souscription pour ériger sa statue, qui sera fondue par les Allemands en 1942.

Le crépuscule

La gloire de Charcot se ternit à la fin de sa carrière pour de multiples raisons. Les démonstrations de femmes rendues hystériques lors des leçons du mardi suscitèrent des critiques et des moqueries, y compris de la part de certains élèves dénonçant une forme de théâtre mondain où étaient conviés écrivains et intellectuels. Le film Augustine d'Alice Winocour (2012) atteste de la gêne persistante concernant les pratiques de Charcot quant à l'hystérie. Notons aussi que les vivisections de Claude Bernard attiraient également des célébrités se piquant de s'intéresser à la nouvelle science de la fin du XIX e siècle. Néanmoins, Charcot se rendit finalement compte que son approche de l'hystérie par la neurologie et l'hypnose le décrédibilisait. Il en vint alors, un peu tard, à imaginer une signification purement psychologique de l'hystérie, comme dans le cas de l'hystérie masculine chez des soldats traumatisés. L'analyse de liens psychiques directs mis en évidence dans le cas des traumatismes place alors Charcot âgé, lecteur et ami du psychologue Théodule Ribot (1839-1916), proche de Pierre Janet et de son élève Sigmund Freud, dans le domaine de la psychologie et de la psychiatrie cliniques.

Charcot fut aussi vivement attaqué en raison de son anticléricalisme de gauche, entre autres par les écrits célèbres de Léon Daudet, et notamment lors de sa candidature à l'Académie des sciences et même longtemps après sa disparition... Il fut également accusé par la presse de conflit d'intérêts pour une expertise médicale liée au scandale de Panamá. À ce jeu de contradictions, il fut glorifié un temps par ses élèves pour son école et ses travaux, et dénigré pour des raisons politiques et religieuses.

Le souvenir de Charcot s'effaça progressivement avant qu'il devienne un enjeu historique mondial dans l'histoire de la neurologie à partir de la seconde moitié du XX e siècle. Il fut en effet redécouvert dans une perspective historique dans les années 1950 par Jean Lhermitte (1877-1959) et Georges Guillain (1876-1961), puis à partir des années 1980 par C.G. Goetz, T. Gelfand, M.S. Micale, A. Lellouch, M. Bonduelle, J. Gasser ou encore P.K. Köhler. Jean-Martin Charcot est dès lors célébré dans le monde comme le principal fondateur de la neurologie en France, et ses importantes archives personnelles sont source de nombreux travaux. Les analyses historiques dévoilent plusieurs figures de Charcot selon les époques et les milieux de réception de son oeuvre. Si la quête d'un « vrai Charcot » reste utopique, les spécialistes développent la critique historique et épistémologique de son oeuvre.

Jean-Gaël BARBARA

La

  Salle des folles à La Salpêtrière, par Daniel Vierge Gouache, 47 x 65 cm, Paris, musée de l'Assistance publique, © Photothèque de l'Assistance Publique -Hôpitaux de Paris. Daniel Vierge, (Daniel Urrabieta Ortiz y Vierge, dit) (Madrid, 1851-1904) est un illustrateur espagnol de renom installé à Paris qui illustra entre autres des ouvrages majeurs comme Les Misérables de Victor Hugo ou L'Histoire de France de Jules Michelet. À l'âge de trente ans, il est victime d'une hémiplégie et il doit réapprendre à dessiner de sa main gauche. Il est soigné par électrothérapie vraisemblablement à la Salpêtrière puisqu'il a laissé des gravures et des gouaches touchantes de différents services et lieux de cet hospice dont cette « Salle des folles ».


Jean-Gaël Barbara

Version auteur de : J.G. Barbara, 2023, « Charles Bell (1774-1842) » in Encyclopaedia Universalis, ISSN 1285-9524. _____________________________________

CHARLES BELL (1774-1842)

Charles Bell est un anatomiste, chirurgien et artiste peintre d'origine écossaise qui professa toute sa vie l'anatomie, la pathologie, la clinique ou la chirurgie, selon les périodes, à Londres, puis à Édimbourg. Il consacra une partie de sa carrière à écrire et à illustrer des ouvrages pédagogiques de médecine. Son intérêt pour l'anatomie du cerveau, au moment où Joseph Gall (1758-1828) professait à Paris ses nouvelles techniques de dissection basées sur le suivi des trajets de la substance blanche -prolongements des cellules nerveuses -, amène Bell à créer son propre système de classification des nerfs, dans lequel il propose une séparation des fonctions sur la base de la dissection des trajets des filets nerveux, notion centrale de la physiologie du système nerveux qu'il décrit dans « Exposition of the natural system of the nerves of the Human Body » un ouvrage majeur publié en 1824 à Londres (voir Figure 1 pour la version française). Il « propose» plutôt ce système, car Bell ne réalisera pas lui-même la démonstration décisive par l'expérimentation physiologique, étant opposé à la vivisection, et de plus pensant que cette approche ne pouvait être qu'une confirmation de sa démonstration anatomique. La preuve expérimentale de la proposition de Bell fut réalisée par le physiologiste français François Magendie (1783-1855). De ce fait, la loi distinguant la propriété motrice des racines antérieures de la moelle épinière et la propriété sensitive des racines postérieures porte le nom de Bell-Magendie, après une célèbre querelle de priorité qui dura plusieurs décennies après la disparition des protagonistes.

La preuve par l'anatomie ?

Charles Bell nait en 1774 près d'Édimbourg dans une famille de trois enfants. Orphelin à l'âge de 5 ans, il est éduqué par sa mère et le second frère de sa fratrie, John. De sa mère, il acquit de solides aptitudes au dessin, confirmées par des cours auprès du peintre écossais David Allan (1744-1796). Devenu l'assistant de son frère chirurgien, John, il suit alors des études de médecine et commence à enseigner l'anatomie, ainsi qu'à publier des ouvrages pédagogiques de médecine d'abord en collaboration avec son frère, puis seul. Suite à un différend entre son frère John et les autres chirurgiens d'Édimbourg, Charles doit aller à Londres en 1804 pour gagner sa vie en donnant des cours privés. Il essaya d'appuyer sa réputation d'enseignant en publiant en 1806 An Essay on the Anatomy of Expression in Painting à destination des médecins, des peintres, du grand public et qui plut à la Reine Victoria.

Version auteur de : J.G. Barbara, 2023, « Charles Bell (1774-1842) » in Encyclopaedia Universalis, ISSN 1285-9524. _____________________________________ Il poursuit ses recherches personnelles sur le trajet des nerfs, suivant la voie tracée par Gall et le chirurgien John Hunter (1728-1793), véritable modèle pour Bell. Hunter avait émis l'idée que chaque type de nerfs sensitifs était spécifique d'un sens et que les muscles possédaient également des nerfs sensitifs, idées que Bell reprend à son compte en partant du principe qu'il est possible de suivre ces nerfs jusqu'au cerveau selon leurs trajets spécifiques. Son approche est la dissection. Il se convainc que les nerfs moteurs remontent jusqu'au cerveau par les racines antérieures de la moelle épinière, et les nerfs sensitifs jusqu'au cervelet en passant par les racines postérieures de la moelle. En 1810, dans une lettre à son frère, Bell précise ses idées et décrit même des expériences sur les racines de la moelle épinière disséquées et stimulées mécaniquement, même s'il utilise le galvanisme pour exciter les nerfs dans d'autres expériences. Il n'arrive qu'à produire des convulsions en stimulant les racines antérieures d'un animal mort, concluant que ces racines doivent être motrices et sensitives. Comme les racines postérieures blessées ne provoquent pas de convulsions des membres, Bell suppose qu'elles transmettent des sensations provenant des viscères jusqu'au cervelet. Il publie alors une partie de ces travaux et ses nouvelles idées sur le système nerveux dans un opuscule imprimé à une centaine d'exemplaires pour ses proches et amis, intitulé An Idea of a New Anatomy of the Brain, avec l'idée qu'il doit avant tout réserver ses découvertes pour ses leçons.

Ou la preuve par l'expérimentation ?

Bell en fait se heurte aux limites de l'anatomie comme source de preuve. L'expérimentation va prendre le relais dans l'étude des fonctions des nerfs. Bell entre en contact avec des savants français qui accueillent plus favorablement ses travaux. Son assistant et beau-frère, John Shaw, visite Magendie à Paris en 1821 et fait une démonstration publique de section de nerfs faciaux chez l'âne à l'école vétérinaire de Maisons-Alfort, qui ne furent pas entièrement concluantes en raison d'une organisation un peu particulière, inconnue de Shaw, de certains nerfs dans cette espèce. En 1822, Magendie convaincu de la validité des assertions de Bell, montre clairement sur des chiots, que la stimulation des racines antérieures produit un mouvement, et celle des racines postérieures des sensations de douleur sur l'animal vivant. Ce résultat fut accepté comme une démonstration très nette de l'idée initiale de Bell, que Magendie lui-même lui attribuait. Bell n'ayant pas énoncé cette idée aussi clairement, Magendie fut reconnu comme le découvreur de cette organisation fonctionnelle de la moelle épinière.

La controverse Bell-Magendie

Cette situation complexe entre Bell et Magendie va donner lieu à l'une des plus célèbres controverses sur la priorité d'une découverte. Après plusieurs décennies, on reconnut généralement que Bell ayant posé la bonne question et ayant réalisé le protocole expérimental utilisé avec succès par Magendie après la démonstration de Shaw à Paris, la découverte de Magendie devait également porter le nom de Bell -« loi de Bell-Magendie » -, même si Bell se rendit coupable lors de la réédition de ses articles d'en remanier le texte de manière à faire croire qu'il était sans conteste le seul découvreur. C'est en effet à ce moment là qu'il republie en 1824 ses articles avec de nouvelles observations et un mémoire inédit à Londres dans son « Exposition of the natural system of the nerves of the Human Body », traduit en français et Version auteur de : J.G. Barbara, 2023, « Charles Bell (1774-1842) » in Encyclopaedia Universalis, ISSN 1285-9524. _____________________________________ imprimé rapidement dès l'année suivante. Bell eut toujours le sentiment d'avoir été dépossédé de sa découverte. Mais la raison principale est qu'en réalité Bell se préoccupait davantage de suivre le trajet des filets nerveux jusque dans la boîte crânienne. Le niveau de passage des fibres nerveuses par les racines de la moelle n'était pour lui qu'un aspect second. La raison pour laquelle Bell ne réussit pas ce que Magendie put faire est qu'il pensait que l'expérimentation sur le vivant n'était qu'une vérification secondaire de sa théorie anatomique, et qu'il était rebuté par les vivisections pour des raisons morales, alors que la démonstration physiologique sur l'animal vivant acquit le statut de preuve incontournable dans la nouvelle physiologie expérimentale dont Magendie fut un héros incontesté. La controverse Bell -Magendie était en réalité l'opposition entre une deux conceptions de la physiologie.

Une théorie générale du corps en proie aux émotions

Au cours de ses travaux sur les nerfs, Bell s'intéressa à la cinquième et à la septième paires de nerfs crâniens et fit la découverte importante que la septième paire était motrice et qu'elle devait donc être épargnée par des chirurgies destinées à traiter des douleurs persistantes du visage, à défaut de quoi le patient était atteint d'une paralysie unilatérale nommée Bell's palsy, après la description de Bell considérée comme un modèle d'observation clinique. Enfin Charles Bell est aussi généralement reconnu pour de nombreuses autres contributions comme sa théorie du sens musculaire notée par Charles Sherrington, sa théorie de la représentation cérébrale des postures et des mouvements, ou encore sa théorie des émotions innovante prenant la suite des idées de Descartes sans en revendiquer la filiation, le tout dans un cadre théorique général unifié autour du concept moderne de plan fonctionnel décrivant l'état des différents nerfs et muscles du corps humain à un certain moment avec des états émotionnels associés.

Jean-Gaël BARBARA * * * Version auteur de : J.G. Barbara, 2023, « Charles Bell (1774-1842) » in Encyclopaedia Universalis, ISSN 1285-9524. _____________________________________

Figure 1 .

 1 Figure 1. Planche. II de l'ouvrage de Charles Bell, Exposition du système naturel des nerfs du corps humain, dans son édition française à Paris, chez J. S. Berlin, 1825 (lithographie) BIUS ©.